數字孿生：同濟大學教授，博導數字孿生的概念數字孿生數字孿生◆孿生(Twins)的概念來NASA的阿波羅項目，出了“與物理產品等價的虛擬數字化表達”的概念。2011年正式稱為“數字孿生體”數字孿生驅動智能制造數字孿生智能制造中的數字孿生三個維度產品數字孿生產品全生命周期的管理和支持產品工廠生產工廠全生命周期的支持工廠全生命周期的支持>>制造過程：開放環境、不完全、不確定規則，多沖突目標>脫離模型的大數據分析不適合工廠復雜的環境基于統計的、無模型的機器學習方法存在嚴重的理論局限；難以用于推理和回溯，難以作為強人工智能的基礎。實現類人智能和強人工智能需要在機器學習系統中加入“實際模型的導引”——人工智能先驅，圖靈獎獲得者JudeaPearl協同數字孿生工廠同步一致同步一致實時反饋對象結合起來面的和點對點的數據通信的要求數字孿生工廠數字孿生工廠(DTF)是實際物理工廠(PF)的參數級虛擬實現信息物理協同一方面保證虛實同步并行運行；另一方面增強產業鏈上多企業的的互聯動態模型+數據-不斷演化與迭代·執行反饋·實時數據智能工廠(實體)·優化/升級需求信息空間的數字擬擇優法一通向0成本試錯之路擬擇優法一通向0成本試錯之路物聯網數字工廠應該是物理世界真實工廠的數字孿生體數字孿生工廠-組成產品管理客戶關系管理管理層管理層服務層企業互聯接口企業互聯接口物料管理環境管理企業互聯接口企業互聯接口物料管理環境管理人員管理工藝管理能源管理網關物理層模型層感知1工業互聯網實現虛實融合物理層模型層感知1數字孿生的應用信息實時上傳指令實時下達管理層基于專用模型庫，結合車間場地、產能需求、設備選信息實時上傳指令實時下達管理層控制層執行層基于半實物仿真平臺，實現虛擬整線加工運動的分布式仿真，并可基于實際數據進行預測、評估和優化；執行層數字孿生設備實物仿真模型基于虛實融合數據優化車間設計，實現內部控制邏輯、指令與信息上下行通道數字孿生設備實物仿真模型數字孿生的應用信息實時上傳指令實時下達管理層基于專用模型庫，結合車間場地、產能需求、設備選信息實時上傳指令實時下達管理層控制層執行層基于半實物仿真平臺，實現虛擬整線加工運動的分布式仿真，并可基于實際數據進行預測、評估和優化；執行層數字孿生設備實物仿真模型基于虛實融合數據優化車間設計，實現內部控制邏輯、指令與信息上下行通道數字孿生設備實物仿真模型t器生產系統t器生產系統t虛實交互··物理實體與虛擬模型的真實映射、實時交互、閉環控制，實現生產物流的任務組合優化、運輸路線規劃、運輸過程控制等的虛實迭代運行，從而達到生產過程物流無縫化和智能化控制控制策略物流測試⑥庫存阿·由上級命令的控制方式轉變為多設備交互協同實現自組織、自適應控制·由傳統“黑箱”運輸模式轉變為物料、搬運載體等實時狀態透明，可實時追蹤和精準配送加工裝配數字孿生的應用-車間數據可視化監控利用多層次、多粒度的分析模型，對實時數據進行處理加工，以合適的形式進行展示多媒體、泛在終端的信息展示信息與信息與數字孿生的應用-◆故障預測與健康管理(PrognosticsandHealthManagement·PHM)利用各種傳感器和數據處理方法對車間內的設備健康狀況進行評估，并預測設備故障及剩余壽命◆在孿生數據的驅動下，基于物理設備與虛擬設備的同步映射與實時交互以及精準的PHM服務，形成的設備健康管理新模式，實現快速捕捉故障現象，準確定位故障原因，合理設計并驗證維修策略PPHM服務融合物理與虛擬設備的實時數據及現有孿生數據，維護工作被精準的調用與執行，保證物理設備的健康運行數據驅動數據驅動虛擬設備在孿生數據的驅動下與物理設虛擬設備在孿生數據的驅動下與物理設備同步運行，并產生設備評估、故障預測及維修驗證等數據虛實交互實時感知運行狀態與環虛實交互數字孿生的應用美國空軍研究實驗室通過F-15C機體孿生實現飛機維護數字化基于機尾編號數字孿生模型實現飛機實時高保真作戰決策構建機體數字孿生模型并結合實際數據進行仿真構建機體數字孿生模型并結合實際數據進行仿真與實物飛機一起交付特定該機編號的飛機數字模型。該數字模型將通過其機載SHM(結構健康監測)系統，利用實際飛機記錄進行相同飛通過孿生模型進行預測及維護指導模型數字模型將用于確定何時何地可能發生結構損壞，何時進行維護。●建模結果與SHM系統在關鍵位置記錄的傳感數據進行比較，以更數字模型將用于確定何時何地可能發生結構損壞，何時進行維護。●發現意外損壞時，將其添加到數字模型中，使模型持續反映實際飛機的當前狀態。數字孿生的應用制造設計劃工藝從基于模型的定義(MBD)到基于模型的企業制造設計劃工藝*標準規范體系&信息安全體系*標準規范體系&信息安全體系數字孿生的應用-基于數字孿生的產品高效設計描述產品的結構、組織關系、模型狀態(設計階段)描述功能和行為(設計階模型三myO在A350XWB項目中，以DMU為主數據的數字化平臺上，超過4000人參與了研發工作，其中85%來自供◎通過單一的DMU協同平臺，首架樣機近乎完美，工程變更數量降低到A380研制時的1/10。數字孿生的應用◎實現對原車外形的參數化變形，共定義了4個參數化變量；◎定義設計空間，對4個參數化變量進行尋優；◎效果：原車型受到氣動阻力為388.01N,經過優化分析后降為372.30N。虛擬空間物理空間◎1:1地仿真實物機床，包括機床的全部幾何量及運動特性，以及實際的數控系統；通過模型仿真能發現程序錯誤和加工碰撞；虛擬空間物理空間◎利用模型仿真，安全地檢查昂貴工件的復雜加工過程，確保加工的絕對安全并在事前優化工藝，可以節省25%的調試時間。基于集成所有裝備的物聯網，實現裝配過程物理世界與信息世界的深度融合，通過智能化軟件服務平臺及工具，實現零部件、裝備和裝配過程的精準控制·對復雜產品裝配過程進行統一高效地管控·實現產品裝配系統裝配現場工作人員統裝配現場工作人員現場>現場要素形式：由單一工藝要素向多>裝配過程：由以數字化指導物理裝配過程向物理、虛擬裝配過程數字孿生的應用-VR/AR應用利用數字孿生，結合VR技術，進行可視化遠程管控、培訓、展示等工作基于數字孿生的AR應用，可以支持生產物流指導、輔助生產、設備設施維修等工作某凈水器互聯工廠在其新工廠建設項目實施過程中采用數字化工廠規劃技術，實現三維瀏覽、仿真和分析·以提高生產效率，優化生產運行。分別針對提升機、AGV運輸模型、Kitting配送線、一樓和二樓生產線進行了建模和仿真池WarkerPao1的所有工人AGV卸料緩沖區實時車數一時配置(車數)是否滿足規劃方案下的運輸滿足及時供料；否存在碰撞。信息空間才生e息息AA智能生產系統(單元)測試測試口實時感知車間現場信息口基于模型的分析和優化>基于仿真模型，對多種方案進行口優化結果精準反饋應用案例2—基于數字孿生的車間內物流準時配送解決方案基于數字孿生的智能物流準時配送方法數字孿生車間車間數字化模型構建路徑數據實時數據采集仿真結果控制指令實時狀態車間物流虛擬模型構建物料需求時間預測時間可控的無碰路徑規劃路徑仿真偏差檢測狀態監控生產線運行集成管控根據工藝完成時間預測及物料需求模型，生成物料轉運任務列表>通過虛擬車間的高實時、高保真模型進行仿真，避免潛在的路徑沖突口任務執行與數字孿生車間控制指令的交互，保證轉運設備進行物料的精準配送口狀態實時監控與數字孿生車間的數據中心進行實時的數據交互，監測車間內情況應用案例2—基于AR物料類型：****配送數量/個：0配送起始工位：配送目標工位：加工結束時間：00:00預計配送運輸時間/min:0下一個配送任務：物流配送指令傳達指令集生產訂單號：25配送時長：智能系統管理數據技術專家(產品設計、工藝制定)管理數據云端智能魔盒魔盒開放控制應用案例3—數字孿生車間的實踐模型層數字孿生智數字孿生智能制造單元接口部分計算分部分計算分機床端數據數據預處理機床端(數據格式化(數據格式化、可視化)(模型應用)工業APP/微服