本刊編輯部 / 文

數(shù)字孿生技術(shù)以數(shù)字化方式創(chuàng)建物理實(shí)體的虛擬模型，模擬物理實(shí)體的現(xiàn)實(shí)行為，通過(guò)虛實(shí)交互反饋、數(shù)據(jù)融合分析、決策迭代優(yōu)化等手段，實(shí)現(xiàn)物理實(shí)體空間與數(shù)字虛擬空間的交互共融和智能化操作，是智能制造落地實(shí)施的關(guān)鍵技術(shù)之一。數(shù)字孿生技術(shù)最先由美國(guó)軍方組織開(kāi)展應(yīng)用研究，近兩年逐漸成為軍工領(lǐng)域的重要發(fā)展方向，在美歐大型軍工企業(yè)裝備研制生產(chǎn)與維修保障中得以應(yīng)用，并開(kāi)始取得一定實(shí)效。

加強(qiáng)數(shù)字孿生技術(shù)戰(zhàn)略布局

在國(guó)家戰(zhàn)略層面，美國(guó)國(guó)家數(shù)字化制造與設(shè)計(jì)創(chuàng)新機(jī)構(gòu)將數(shù)字孿生技術(shù)列為2018年戰(zhàn)略投資重點(diǎn)：一是研究并構(gòu)建工廠的數(shù)字孿生試點(diǎn)，應(yīng)用數(shù)字孿生建模方法仿真工廠實(shí)際環(huán)境，預(yù)測(cè)生產(chǎn)效率、分析時(shí)間進(jìn)度或制造資源變化的影響、根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工藝數(shù)據(jù)優(yōu)化生產(chǎn)流程，大幅提高工廠生產(chǎn)效率；二是研究構(gòu)建供應(yīng)鏈數(shù)字的孿生模型，權(quán)衡分析與供應(yīng)鏈相關(guān)的時(shí)間、成本、產(chǎn)品復(fù)雜性、庫(kù)存等信息，使供應(yīng)鏈效率達(dá)到最優(yōu)；三是宣傳推廣數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用。該創(chuàng)新機(jī)構(gòu)由美國(guó)國(guó)防部牽頭組建，是國(guó)家制造創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃14個(gè)創(chuàng)新機(jī)構(gòu)之一，其投資方向代表了美國(guó)政府和軍方的關(guān)注重點(diǎn)。

在企業(yè)戰(zhàn)略層面，2017年6月，洛馬公司提出名為“Product Digiverse”的新一代數(shù)字化技術(shù)發(fā)展理念，旨在將人員、設(shè)備、物料、環(huán)境等物理實(shí)體及制造過(guò)程與數(shù)字化模型連接，構(gòu)建物理世界的鏡像模型。這一理念的本質(zhì)即數(shù)字孿生技術(shù)。11月，洛馬公司將數(shù)字孿生技術(shù)列為2018年度影響軍工領(lǐng)域的六大頂尖技術(shù)之首?？湛凸疽矊?shù)字孿生技術(shù)作為實(shí)施數(shù)字化戰(zhàn)略、構(gòu)建“未來(lái)工廠”的重要內(nèi)容。

軍工領(lǐng)域應(yīng)用取得一定實(shí)效

洛馬、諾格、空客等軍工巨頭積極推進(jìn)數(shù)字孿生技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，涉及武器系統(tǒng)設(shè)計(jì)研發(fā)、生產(chǎn)制造、運(yùn)行維護(hù)幾個(gè)應(yīng)用方向，代表了目前數(shù)字孿生技術(shù)發(fā)展的先進(jìn)水平。

用于武器系統(tǒng)設(shè)計(jì)研發(fā)

通過(guò)建立產(chǎn)品數(shù)字孿生模型，在零部件生產(chǎn)前即可預(yù)測(cè)成品質(zhì)量、識(shí)別設(shè)計(jì)缺陷，并在數(shù)字孿生模型中進(jìn)行迭代設(shè)計(jì)，大幅縮短研發(fā)周期、降低研發(fā)成本。

2016年，達(dá)索系統(tǒng)公司針對(duì)復(fù)雜產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)，建立了基于數(shù)字孿生技術(shù)的3DExperience平臺(tái)，利用用戶交互反饋的信息不斷改進(jìn)產(chǎn)品的數(shù)字化設(shè)計(jì)模型，并反饋到物理實(shí)體產(chǎn)品中。2018年5月，達(dá)索航空公司將3DExperience平臺(tái)用于新型戰(zhàn)斗機(jī)研發(fā)，以及“陣風(fēng)”系列戰(zhàn)斗機(jī)和“隼”式商務(wù)客機(jī)的生產(chǎn)能力提升；6月，土耳其航空工業(yè)公司宣稱(chēng)將在TF-X第五代戰(zhàn)斗機(jī)研制中采用該平臺(tái)。

用于武器系統(tǒng)生產(chǎn)制造

通過(guò)建立生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)資源和環(huán)境的數(shù)字孿生模型，可優(yōu)化制造流程、合理配置制造資源、減少設(shè)備停機(jī)時(shí)間，進(jìn)而提高生產(chǎn)資源利用率、降低生產(chǎn)成本。

2016年，諾格公司利用數(shù)字孿生技術(shù)改進(jìn)了F-35戰(zhàn)斗機(jī)機(jī)身生產(chǎn)中劣品的處理流程。新流程可自動(dòng)采集零部件數(shù)據(jù)并精準(zhǔn)映射到數(shù)字孿生模型，進(jìn)行實(shí)時(shí)、快速、精確分析，使F-35戰(zhàn)斗機(jī)進(jìn)氣道加工缺陷決策處理時(shí)間縮短33%。2017年12月，洛馬公司在F-35沃斯堡工廠部署基于數(shù)字孿生技術(shù)的“智能空間平臺(tái)”，將實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)映射到數(shù)字孿生模型中，并與制造執(zhí)行和規(guī)劃系統(tǒng)相連，提前規(guī)劃和調(diào)配制造資源，從而全面優(yōu)化生產(chǎn)過(guò)程。據(jù)估計(jì)，應(yīng)用數(shù)字孿生等新技術(shù)后，每架F-35戰(zhàn)斗機(jī)生產(chǎn)周期將從目前的22個(gè)月縮短到17個(gè)月，且在2020年前將制造成本從目前的9460萬(wàn)美元（F-35A）降低到8500萬(wàn)美元以下，降幅超過(guò)10%。

2016年起，空客公司為實(shí)現(xiàn)A350XWB飛機(jī)增產(chǎn)提效，開(kāi)始在法國(guó)圖盧茲工廠構(gòu)建總裝線數(shù)字孿生模型?？湛凸驹陉P(guān)鍵工裝、物料、零部件上安裝無(wú)線射頻識(shí)別系統(tǒng)，建立裝配線的數(shù)字孿生模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)萬(wàn)平方米空間和數(shù)千個(gè)對(duì)象的實(shí)時(shí)精準(zhǔn)跟蹤、定位和監(jiān)測(cè)，并借助模型優(yōu)化運(yùn)行績(jī)效。目前，A350XWB、A330、A400M 等型號(hào)裝配線不同程度地應(yīng)用了數(shù)字孿生技術(shù)。

用于武器系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)

數(shù)字孿生技術(shù)在對(duì)產(chǎn)品運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控的同時(shí)，還可利用智能算法預(yù)測(cè)產(chǎn)品在正常工作條件下的性能趨勢(shì)，進(jìn)而優(yōu)化維修進(jìn)度、減少計(jì)劃外停機(jī)，大幅提高運(yùn)營(yíng)性能。

2016年，波音公司與美國(guó)空軍合作構(gòu)建了F-15C戰(zhàn)斗機(jī)機(jī)體的數(shù)字孿生模型，用于管理機(jī)體殘余應(yīng)力、幾何結(jié)構(gòu)、有效載荷、材料微結(jié)構(gòu)等，進(jìn)而預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)組件的使用壽命，據(jù)此調(diào)整結(jié)構(gòu)組件檢修、替換周期。同年，通用電氣公司基于Predix軟件平臺(tái)開(kāi)發(fā)出數(shù)字孿生解決方案，用于對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、及時(shí)檢查以及預(yù)測(cè)性維護(hù)。普惠、羅羅兩家公司也正在著力開(kāi)發(fā)用于發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)維和管理的數(shù)字孿生解決方案。

總體來(lái)說(shuō)，目前針對(duì)數(shù)字孿生技術(shù)的研究和應(yīng)用還處于初級(jí)階段。美歐等發(fā)達(dá)國(guó)家軍工巨頭和達(dá)索系統(tǒng)、西門(mén)子等軟件提供商都在結(jié)合各自發(fā)展需求積極開(kāi)發(fā)數(shù)字孿生解決方案?？梢灶A(yù)見(jiàn)，學(xué)術(shù)界、生產(chǎn)企業(yè)、軟件提供商等多方力量的聯(lián)合發(fā)力，將加快推動(dòng)數(shù)字孿生技術(shù)在武器裝備設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)維等全過(guò)程獲得更大范圍、更高層級(jí)的應(yīng)用，使產(chǎn)品創(chuàng)新、制造效率、可靠性水平提升到新的高度。