数字孪生将现实与虚拟世界无缝连接，制造业迎来数字化未来

作者：Simon Floyd，微软企业服务-全球制造实践部门-行业服务总经理，Mike Nicholas，微软企业服务制造项目经理

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想象一下，未来，当人类的宇航员在遥远的外太空要执行一项紧急的舱外修复任务，没有时间空间进行实际预演，也没有现成的经验可资借鉴。环境极度危险，机会只有一次。怎么办？这时，我们的宇航员却不慌不忙，他将操作涉及的各种参数、包括外部环境、时间、温度等等整合在一起，完全模拟出一个和现实一模一样的虚拟环境，进行反复实验，直到找出最佳的操作方式和流程。将这套最佳方案输入到要执行任务的太空机器人程序中，用最精确合理的操作在规定时间完成舱外修复任务，将危险和失误降到了最低。

再想象一下，未来，当你需要建造一个大型的工厂，施工精密、流程复杂。但资金却有限。怎么办？这时，负责施工的工程师在没有建造之前，就对工厂进行仿真和模拟，虚拟出建造工厂的最佳流程，再将真实参数传给实际的工厂建设。这样，不仅有效减少误差和风险，还能最大限度的节省成本，减少损耗。甚至，当厂房和生产线建成之后，日常的运行和维护也可以不断进行虚拟交互，迅速找出问题所在，提高工作效率。

甚而，未来，当我们设计制造任何产品时，你不必先制造出实体零部件，然后才能对设计方案的质量和可制造性进行评估。你可以预先模拟真实环境，在产品被实际制造出来之前，就可以预测其成品质量，识别是否存在设计缺陷。

实际上，上面描述的场景已经不仅仅是存在与“未来”的想象了，就在当下，“数字孪生”技术已经被应用到了包括航空航天、制造业等很多的领域。借助“数字孪生”技术对操作流程进行数字化虚拟，模拟一个和“现实世界”完全一致的孪生的“虚拟世界”，让我们在出现问题之前就解决问题，更好的规划我们的未来。

数字孪生是美国宇航局首创的技术，用于在极远、极危险的环境中监控和操作复杂系统。凭借记录实时遥测数据，并将其处理成模型仿真的能力，其价值很快在远程、苛刻或危险的工业生产过程中得到了证明。

由于数字孪生并不是一个庞大而可怕的技术，不会引起代价高昂的停机，也不会因漫长的设计过程而影响最终的收益。如今，几乎任何制造商都可以从支持传感器和连接IoT 的机器及设备收集生产数据，并将数据与基于云的机器学习和熟悉的 CAD 可视化系统结合起来，以数字化方式为物理对象创建虚拟模型，来模拟其在现实环境中的行为，并通过搭建整合制造流程的数字孪生生产系统，实现从产品设计、生产计划到制造执行的全过程数字化。数字孪生将现实与虚拟世界无缝连接，全过程赋能制造业，助力制造业数字化智能化转型！

对于制造商的价值

我们可以将数字孪生想像成生产环境中的制造资产（一件成品、一套流程、一个工厂机器人）的虚拟副本，利用在多种性能条件下从资产及其环境中收集到的数据，可以将此副本建模成 3D 虚拟化，从而主动修复和规划设备服务、设计制造流程、操作工厂、预测设备故障或提高运营效率以及改进产品开发。

我们相信任何制造商都可以利用数字孪生技术，在数据驱动的虚拟环境中进行创建、生成、测试和验证的能力将成为在未来 2-3 年内的核心竞争力。或许这就是为什么Gartner* 认为数字孪生技术是 2017 年 十大战略技术趋势之一，未来制造将是虚实融合的“数字孪生”！

助力制造商快速获益

我们可以利用数字孪生技术来诊断停机或维护事件，或者将问题消除在萌芽之中，从而减少生产成本和停机时间。这不但避免了灾难性的故障，而且有效提升了运营过程中的灵活性。假设我们的监控系统预测即将出现泵堵塞或故障，在没有用于更换的部件，我们也承担不起停机损失的情况下，数字孪生仿真可以根据财务影响的定量分析为我们提供调整性能或安全推迟维护时间的选项。

在生产制造过程中，设计师和工程师都会追求重大突破，但大多数创新周期都是渐进式的改进。我们可以利用数字孪生虚拟化技术深入探究现有设备、工艺或产品是如何随着时间的推进而演变的，利用这些信息来调整和验证新的原型，并以更低成本、更快地将更好的产品推向市场。这使得真正的突破更易于实现、更加经济高效，并且与完整的产品生命周期更加一致。

整体分析法

如果我们的企业已经收集了大量的生产数据，并且长期以来一直使用 CAD 和其他可视化系统，现在我们就可以利用基于云的分析功能将这些现有资产转化为工具，从而帮助我们优化流程、节省资金并且加速创新。

在微软企业服务部门中，我们相信制造商可以将整体分析方法应用于数字孪生服务，包括战略规划、部署和采用。我们可以帮助各大制造企业定义对于制造业务具有最大影响力的数字孪生场景，将产品创新以及制造的效率和有效性提升至全新的高度。

如需了解更多微软企业服务，欢迎垂询[e-mail]。

*Gartner，Smarter with Gartner，Gartner 2017 年十大战略技术趋势http://www.gartner.com/smarterwithgartner/gartners-top-10-technology-trends-2017/

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