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数字孪生技术的实践应用分析及发展历程回顾.docx
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更新于2023-03-03
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密歇根大学的迈克尔·格里夫斯教授在2003年提出了“物理产品的数字表达”的观念,并强调物理产品的数字表达应能够抽象的表现物理产品,能够基于数字表达对物理产品进行真实条件或模拟条件下的测试。这个观念尽管没有被称作数字孪生,但是它具有数字孪生所具有的组成和功能,即构建物理实体的等价虚拟体,虚拟体能够对物理实体进行仿真分析和测试。迈克尔·格里夫斯教授提出的理论,可以被看成是数字孪生在产品设计环节中的运用。
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数字孪生技术的实践应用分析及发展历程回顾
生产制造阶段是数字孪生技术的一个关键应用环境。现阶段个性化、多元化的市场消
费观念成为了主流,制造行业正面对日趋猛烈的市场竞争,面对着不可估量的时间、成本
质量、产品差异化等多方面的压力。企业很难适应市场环境的突然变化,例如受此次受疫
情的影响,如何运用技术手段迅速实现复工复产,是每一个制造企业都要面对的问题。
除此之外,企业还面对着许多 棘手的问题需要彻底解决,例如新产品研发和生产周期
太长,难以实现从“以产定销”到“按需生产”模式的转变;企业投进大量的人力物力财力进行
产品创新,却难以精确评估新的产品能否可以在现有的制造条件下进行生产,因为新设计
的产品必定需要新的工艺、新的工装甚至于新的设备、新的生产线,如果在产品创新设计
之初不认真评估新的产品的可制造性,则必定带来不可估量的隐患。
而构建基于数字孪生技术的数字化工厂是彻底解决这些问题的最好途径,通过依托于
产品整个周期的真实有关数据,在虚拟环境中对生产全流程进行仿真、优化及重新构建。
通过构建虚拟模型来模拟生产流程,并且这些虚拟模型可以为物理工厂车间里所有连接的
机器、工具和设备进行数字操作。这就可以使企业能够迅速配置生产系统,以最大限度地
提高效率,提升资产利用率,避免停机,具有一定的灵活性。
一、数字孪生观念的发展历史
密歇根大学的迈克尔·格里夫斯教授在 2003 年提出了“物理产品的数字表达”的观念,
并强调物理产品的数字表达应能够抽象的表现物理产品,能够基于数字表达对物理产品进
行真实条件或模拟条件下的测试。这个观念尽管没有被称作数字孪生,但是它具有数字孪
生所具有的组成和功能,即构建物理实体的等价虚拟体,虚拟体能够对物理实体进行仿真
分析和测试。迈克尔·格里夫斯教授提出的理论,可以被看成是数字孪生在产品设计环节中
的运用。
在那之后,数字孪生的观念逐渐拓展到了模拟仿真、虚拟装配和 3D 打印这些领域,
而到了 2014 年之后,伴随着物联网技术、人工智能和虚拟现实技术的持续发展,更多的
工业产品、工业设备具有了智能化的特征,而数字孪生也逐渐拓展到了包含制造和服务在
内的完整的产品周期阶段,并不断完善着数字孪生的形态和观念。
二、数字孪生观念的不同形态
数字孪生技术贯穿了产品全生命周期中的不同环节,它同 PLM 的理念是不谋而合的。
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