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二、數(shù)字孿生的核心是基于工藝和管理知識(shí)的決策

對(duì)于數(shù)字孿生而言，在物理實(shí)體和數(shù)字虛體之間，橫亙著兩個(gè)關(guān)系：一個(gè)是自下而上的狀態(tài)感知和數(shù)據(jù)采集，一個(gè)是自上而下的實(shí)時(shí)控制，但這些仍然只是看得見(jiàn)的關(guān)聯(lián)關(guān)系，更為核心的是所建立的數(shù)字虛體或者數(shù)字孿生體應(yīng)該具有與物理實(shí)體相對(duì)應(yīng)的孿生效果，當(dāng)然這種孿生效果不能僅僅是形似，而是為了神似，而神似的目的就是要能夠支持基于所采集的數(shù)據(jù)狀態(tài)信息進(jìn)行分類、分析、推理、決策和預(yù)測(cè)。

數(shù)字孿生的核心是決策，而執(zhí)行這個(gè)的是數(shù)字孿生閉環(huán)關(guān)系中的數(shù)字孿生體，其核心重點(diǎn)是建模分析和推理。如果只是強(qiáng)調(diào)三維可視化展示，其實(shí)是有點(diǎn)舍本逐末，不僅不符合數(shù)字孿生所追求的分析推理，更是與數(shù)字孿生體要對(duì)物理實(shí)體進(jìn)行干預(yù)的要求相去甚遠(yuǎn)。也許在很多情況下面，真正起決定作用或者說(shuō)發(fā)揮更重要作用的，對(duì)于顯示的要求并不是那么高。從以決策為核心出發(fā)，基于實(shí)際執(zhí)行狀態(tài)的APS，其實(shí)也可以認(rèn)為是一種數(shù)字孿生，其中涉及大量的模型和算法，并且是對(duì)生產(chǎn)進(jìn)行預(yù)測(cè)分析與優(yōu)化，但可能連顯示都沒(méi)有。其實(shí)我們以前做各種各樣的CAE分析，也是強(qiáng)調(diào)試驗(yàn)驗(yàn)證和模型校驗(yàn)的，只是這個(gè)反復(fù)迭代的過(guò)程比較冗長(zhǎng)，與當(dāng)前所提的數(shù)字孿生所強(qiáng)調(diào)的實(shí)時(shí)性不同。但其實(shí)這方面的努力，我認(rèn)為也都是抓住了數(shù)字孿生最核心的決策要求，也為當(dāng)前數(shù)字孿生體的發(fā)展提供了基礎(chǔ)支持，從某種角度來(lái)說(shuō)，這種工作更加有意義。

數(shù)字孿生的核心是決策，包括分析、推理、預(yù)測(cè)等，至于結(jié)果的展示并不一定是可視化。但現(xiàn)在見(jiàn)到的一些宣稱數(shù)字孿生的，包括產(chǎn)品的或者產(chǎn)線的，基本都比較強(qiáng)調(diào)可視化的運(yùn)用，可視化是可以有的，但從內(nèi)核功能來(lái)說(shuō)并不是必須的。數(shù)字孿生強(qiáng)調(diào)的是虛實(shí)同步映射，目前能做的大多體現(xiàn)為實(shí)向虛的映射，比如通過(guò)虛擬的產(chǎn)線模型反映實(shí)際產(chǎn)線的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，但這個(gè)其實(shí)只是展示而已。數(shù)字孿生最重要的是分析推理及其之后對(duì)物理實(shí)體的干預(yù)，說(shuō)的是內(nèi)在相似而不是簡(jiǎn)單的外表。從這個(gè)角度來(lái)說(shuō)，目前實(shí)向虛的技術(shù)和案例已經(jīng)較多，但虛向?qū)嵉膬?yōu)化干預(yù)仍需進(jìn)一步努力。

（1）數(shù)字孿生體現(xiàn)了工藝知識(shí)的沉淀，能夠有效的提升核心工藝能力

工藝是與產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率直接相關(guān)的專門知識(shí)，任何一個(gè)企業(yè)即使是在手工管理模式下，也應(yīng)該是非常重視工藝的，所以我們?cè)陂_(kāi)展智能制造、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等方面的技術(shù)研究和探索應(yīng)用的時(shí)候，工藝都是重要的目標(biāo)服務(wù)對(duì)象。

其實(shí)很久以前，工業(yè)過(guò)程建模與仿真，這是大家耳熟能詳?shù)囊粋�(gè)技術(shù)方向，也是一個(gè)范圍很廣的技術(shù)方向。但我感覺(jué)數(shù)字孿生，與之前的工業(yè)過(guò)程建模與仿真還是不一樣的。傳統(tǒng)的工藝過(guò)程建模與仿真，可能更多是脫離于實(shí)體的一種孤立的運(yùn)行，而數(shù)字孿生是一種與實(shí)體雙向連接的運(yùn)行？如果簡(jiǎn)單來(lái)理解，可以理解成一個(gè)是在線，一個(gè)是離線。數(shù)字孿生更偏重于動(dòng)態(tài)的在線。

但不管怎么樣，數(shù)字孿生或者說(shuō)為了實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生的第一步就是建模。我們需要進(jìn)行建模。當(dāng)前工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，為我們從實(shí)體上面來(lái)獲取各種各樣的實(shí)時(shí)狀態(tài)提供了手段，也為建模及其應(yīng)用提供了擴(kuò)展空間。但這些工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等都不是最主要的，只是外圍支撐的手段而已，最主要的還是怎么使得這個(gè)模型能夠表達(dá)的真實(shí)。在仿真領(lǐng)域，很久以前有一句話是這么說(shuō)的，做虛擬仿真切忌“虛而不擬，仿而不真”，其實(shí)就是說(shuō)的這個(gè)模型是否準(zhǔn)確？是否能夠反映實(shí)際？其實(shí)美國(guó)長(zhǎng)期以來(lái)，從上個(gè)世紀(jì)五六十年代開(kāi)始，就一直在國(guó)防先進(jìn)制造等計(jì)劃中持續(xù)的支持和發(fā)展建模與仿真�？赡軇傞_(kāi)始有些人覺(jué)得這方面比較虛，但是這個(gè)方面其實(shí)是對(duì)工藝機(jī)理進(jìn)行深入探究的代名詞。不論是解決實(shí)際問(wèn)題，還是推動(dòng)技術(shù)發(fā)展，甚至相關(guān)工業(yè)CAE軟件的發(fā)展，都是極其需要和重要的。

工藝的類型是多種多樣的，相關(guān)的數(shù)字孿生模型，也是多種多樣的，所涉及到和所綜合的學(xué)科知識(shí)也是不一樣的，這才是真正的專業(yè)知識(shí)的沉淀凝練。我們說(shuō)的智能制造在很大程度上是體現(xiàn)為數(shù)字孿生的綜合運(yùn)用的。

比如對(duì)切削加工來(lái)說(shuō)，可以基于工藝推理模型，對(duì)工件的加工質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)的評(píng)判，并能夠根據(jù)決策分析結(jié)果，對(duì)相關(guān)的工藝參數(shù)進(jìn)行及時(shí)有效的調(diào)整，這樣就具有一種自適應(yīng)的味道。

比如，筆者在針對(duì)某企業(yè)薄壁件加工變形控制方面的研究中，就綜合運(yùn)用了內(nèi)部應(yīng)力場(chǎng)重構(gòu)控制、切削工藝建模與仿真分析、弱剛度變形補(bǔ)償?shù)却胧�，雖然是針對(duì)具體的零件來(lái)開(kāi)展的，雖然里面也具有很多的經(jīng)驗(yàn)的成分，當(dāng)然也是融合了一些數(shù)字化定量的技術(shù)研究，但對(duì)于筆者來(lái)說(shuō)，后續(xù)應(yīng)該將這個(gè)過(guò)程進(jìn)行沉淀，沉淀成一個(gè)分析推理的模板，后續(xù)只要按照這個(gè)步驟來(lái)做，任何薄壁零件的加工變形控制問(wèn)題都可以得到解決或者一定程度的解決，這也是數(shù)字孿生的一種體現(xiàn)。

比如，筆者在針對(duì)另外一個(gè)項(xiàng)目中，針對(duì)某個(gè)復(fù)雜零件加工過(guò)程的精度保證問(wèn)題，采取了自適應(yīng)加工補(bǔ)償?shù)姆绞�。也就是說(shuō)，對(duì)每一次走刀之后的加工型面進(jìn)行測(cè)量并進(jìn)行曲面重構(gòu)，同時(shí)與理想的型面進(jìn)行比較分析，找出偏差進(jìn)行補(bǔ)償，調(diào)整刀位軌跡并生成數(shù)控程序，可以有效的提高加工精度。這個(gè)過(guò)程里面所開(kāi)發(fā)的分析軟件，其實(shí)也是一種數(shù)字孿生。

我們國(guó)家提出要建設(shè)百萬(wàn)工業(yè)APP，其實(shí)我感覺(jué)，拿出來(lái)一半來(lái)做工藝的數(shù)字孿生特點(diǎn)的工業(yè)APP，我感覺(jué)分量都嫌低。工藝數(shù)字孿生是夯實(shí)和提升我們制造實(shí)力的根本，從做大轉(zhuǎn)向做強(qiáng)的必然途徑。

（2）數(shù)字孿生體現(xiàn)了管理經(jīng)驗(yàn)的知識(shí)沉淀，能夠有效的提升智能管控水平

制造執(zhí)行過(guò)程管控需要根據(jù)不同的企業(yè)類型及其生產(chǎn)特點(diǎn)，需要貫徹和綜合不同的先進(jìn)管理思想。但是一般來(lái)說(shuō)這些管理思想，比如精益思想，很多企業(yè)甚至很多專家，還認(rèn)為這只是一種指導(dǎo)性的方法論而已，從中理出來(lái)一些原則或者說(shuō)是方法手段，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中的某一點(diǎn)、某個(gè)業(yè)務(wù)進(jìn)行實(shí)施應(yīng)用。我認(rèn)為這么理解是帶有一定的片面性的，實(shí)際上來(lái)說(shuō)也有感覺(jué)，這些先進(jìn)管理思想，在實(shí)際當(dāng)中的運(yùn)用，更多的是一種割裂性的碎片化的實(shí)踐。我認(rèn)為，如果你做了或?qū)嵤��?yīng)用了一個(gè)制造執(zhí)行系統(tǒng)，這個(gè)制造執(zhí)行系統(tǒng)如果不體現(xiàn)先進(jìn)的管理思想，那相當(dāng)于這個(gè)制造執(zhí)行系統(tǒng)，筆者認(rèn)為，就是一個(gè)沒(méi)有靈魂的系統(tǒng)。一般來(lái)說(shuō)能解決問(wèn)題簡(jiǎn)直就是個(gè)奇跡啊。

因此我們應(yīng)該將各種先進(jìn)的管理思想，把它細(xì)化落實(shí)或者凝煉成管理經(jīng)驗(yàn)與知識(shí)，并且系統(tǒng)化而不是孤立的體現(xiàn)在生產(chǎn)管理當(dāng)中，尤其是智能管控方面。這些經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)的沉淀或者說(shuō)物化或者更明確的進(jìn)行軟件化，其實(shí)也是相當(dāng)于建立了內(nèi)部有機(jī)關(guān)聯(lián)的決策模型。而這種決策模型，本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，其實(shí)是制造執(zhí)行過(guò)程的數(shù)字孿生，或者某個(gè)側(cè)面指標(biāo)或目標(biāo)的數(shù)字孿生。

比如我們可以建立面向產(chǎn)線或者車間的排產(chǎn)調(diào)度模型，在這個(gè)里面體現(xiàn)TOC等思想，當(dāng)然體現(xiàn)的不僅僅是TOC，還有很多其他的先進(jìn)的排產(chǎn)調(diào)度思想。筆者一直也是從事APS技術(shù)研究與系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和實(shí)施應(yīng)用的，在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中，也深深的感覺(jué)到，見(jiàn)到一個(gè)約束就進(jìn)行處理，其實(shí)還是挺被動(dòng)的，也不利于系統(tǒng)的發(fā)展。所以自己一直在揣摩，如果能夠?qū)⒁恍┫冗M(jìn)的管理經(jīng)驗(yàn)知識(shí)和管理思想，融合到APS當(dāng)中，也許可以達(dá)到一種事半功倍的效果，應(yīng)該是APS將來(lái)的一個(gè)重要的發(fā)展趨勢(shì)。

比如在制造執(zhí)行過(guò)程當(dāng)中我們可以建立前后工序之間的精度鏈條模型，根據(jù)前道序的加工精度實(shí)現(xiàn)，等下一道工序基準(zhǔn)的調(diào)整，這種分析，我認(rèn)為就是數(shù)字孿生的一種體現(xiàn)，整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程具有自組織的味道。這既是管理的思想，也是工藝的思想，相當(dāng)于是一種融合。