“數(shù)字孿生”是一個(gè)具有創(chuàng)新性的概念，但它所涵蓋的內(nèi)容大多數(shù)人可能并不清楚，正如在達(dá)索系統(tǒng)公司出版一篇研究中提到的那樣?！皵?shù)字孿生要么是產(chǎn)品開發(fā)和制造管理的下一次革命，要么是白日夢(mèng)，這一切取決于你與哪個(gè)工程師交談?！?/p>

加特納研究和咨詢公司將數(shù)字孿生定義為“一個(gè)封裝的軟件對(duì)象或模型，它反映了一個(gè)獨(dú)特的物理對(duì)象、過程、組織、人或其他更加抽象的東西”。更簡(jiǎn)單地說，它是一個(gè)物理資產(chǎn)的動(dòng)態(tài)虛擬副本，其外觀和行為與其現(xiàn)實(shí)世界中的實(shí)體資產(chǎn)完全相同。

從概念設(shè)計(jì)到試運(yùn)行，能夠與這種數(shù)字拷貝進(jìn)行沉浸式交互是利用它所能提供的所有好處的關(guān)鍵。在本文中，我們將帶領(lǐng)大家了解這是如何實(shí)現(xiàn)的。

像許多工程創(chuàng)新一樣數(shù)字孿生最初來自于航天工業(yè)。這個(gè)短語是由美國國家航空航天局的約翰·維克斯在2002年首創(chuàng)的。在此之前，美國國家航空航天局保留了發(fā)送到太空的衛(wèi)星和模塊的物理鏡像系統(tǒng)，以便工程師和宇航員能夠同步進(jìn)行維護(hù)操作。技術(shù)能力提升和降低成本需求最終催化出了首個(gè)數(shù)字孿生項(xiàng)目。

正如我們所看到的，虛擬孿生誕生的最初目標(biāo)是復(fù)制并模擬實(shí)際資產(chǎn)不容易發(fā)生的特殊情況，以便在測(cè)試執(zhí)行操作時(shí)探尋最佳的解決方式。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的最優(yōu)方法是通過VR設(shè)備操作數(shù)字孿生系統(tǒng)。

在數(shù)字孿生項(xiàng)目中，未來的太空站模塊以及更常見的汽車駕駛都可以在虛擬現(xiàn)實(shí)中展示，并從項(xiàng)目的早期階段就對(duì)可操作性和維護(hù)進(jìn)行徹底的測(cè)試。例如，TechViz軟件能實(shí)時(shí)顯示一輛設(shè)計(jì)新穎的汽車CAD模型，應(yīng)用如CATIA por Navisworks把模型與駕駛模擬器結(jié)合起來便可以在許多不同條件下檢查命令的可見性和可訪問性。

除了產(chǎn)品開發(fā)，查看虛擬現(xiàn)實(shí)中的數(shù)字孿生也有助于建設(shè)項(xiàng)目或建造公寓。正如布里斯托爾大學(xué)的本·?？怂菇淌谒?，項(xiàng)目的關(guān)鍵是“數(shù)字與物理的持續(xù)或周期性‘孿生’概念”。建筑物或裝配線的實(shí)際建造總是偏離計(jì)劃的模型。這些微小的偏差不一定是問題，但是更新虛擬現(xiàn)實(shí)數(shù)字孿生制作一個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)中的項(xiàng)目評(píng)審將使得檢查和消除失敗的結(jié)果成為可能。例如，如果一些管道工程最終與計(jì)劃相比偏移了5厘米，它可能會(huì)阻止門的正確打開。測(cè)試虛擬現(xiàn)實(shí)中的數(shù)字孿生可能是確保這種情況不會(huì)發(fā)生的唯一方法。

隨著越來越多的公司采用數(shù)字孿生，許多大學(xué)也在以非?？斓乃俣绒D(zhuǎn)向這一概念，并以此來教授他們的學(xué)生，促進(jìn)創(chuàng)新和研究進(jìn)入新領(lǐng)域。比利時(shí)的根特大學(xué)就是其中之一。根特大學(xué)成立于1817年，是公認(rèn)的工程研究領(lǐng)域的國際頂級(jí)大學(xué)。它為根特科技園科技巷這提供了設(shè)計(jì)和建造辦公和實(shí)驗(yàn)室的機(jī)會(huì)，使高科技公司、企業(yè)R&D中心或研究機(jī)構(gòu)能夠根據(jù)其具體需求建造基礎(chǔ)設(shè)施。根特大學(xué)工業(yè)系統(tǒng)工程(ISyE)研究小組基于以下方面對(duì)柔性裝配系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、優(yōu)化和驗(yàn)證進(jìn)行了數(shù)字孿生研究。

根特大學(xué)最近將實(shí)驗(yàn)室升級(jí)成為了“數(shù)字孿生控制室”，此次升級(jí)使得任何當(dāng)?shù)毓径伎梢允褂锰摂M現(xiàn)實(shí)數(shù)字孿生技術(shù)，他們可以帶著自己的數(shù)據(jù)來到實(shí)驗(yàn)室中，并在數(shù)字墻上可視化他們的模型。

這一創(chuàng)新裝置包括32個(gè)模塊化液晶顯示屏，以180°曲線顯示。為了確保用戶沉浸在模型中，視點(diǎn)每4個(gè)屏幕改變一次，因此無論用戶站在哪里，他們都會(huì)感覺自己是虛擬環(huán)境的一部分。根特大學(xué)選擇TechViz作為通用解決方案軟件，從任何CAD應(yīng)用程序中即時(shí)可視化任何3D模型。與這種獨(dú)特的設(shè)置相兼容，TechViz能夠?qū)崟r(shí)顯示數(shù)據(jù)，無需數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換并且支持大型3D模型上的高幀速率播放且不會(huì)降低質(zhì)量。

 數(shù)字孿生和虛擬現(xiàn)實(shí)得結(jié)合使公司能夠圍坐在桌前，與來工程、營(yíng)銷、規(guī)劃、運(yùn)營(yíng)人員甚至客戶進(jìn)行交流互動(dòng)，并能夠就工程項(xiàng)目召開會(huì)議，而無需花錢構(gòu)建額外的實(shí)體基礎(chǔ)設(shè)施。他們只需來到實(shí)驗(yàn)室，輕松加載他們的模型，TechViz可將CAD模型立即顯示在屏幕上，用戶可以繼續(xù)探索整個(gè)工程項(xiàng)目和評(píng)估優(yōu)化。該軟件還支持外部交互設(shè)備，如動(dòng)畫或模擬過程，可以即時(shí)播放和觀看。

為了展示這種奇特的基礎(chǔ)設(shè)施，他們?cè)诜块g里設(shè)置了一條帶有傳送帶和機(jī)器人的物理裝配線以完全模擬現(xiàn)實(shí)世界中得生產(chǎn)線。在該方案中物理模型和虛擬模型連接在一起同時(shí)工作，并由數(shù)字表單控制。

虛擬現(xiàn)實(shí)中的數(shù)字孿生允許人們與模型互動(dòng)，討論和操作，這是公司在預(yù)生產(chǎn)階段真正的關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)。它不僅能夠幫助公司節(jié)省時(shí)間和金錢，還有助于各部門更好地理解項(xiàng)目。

工業(yè)4.0和數(shù)字孿生

工業(yè)4.0是2010年代初出現(xiàn)的概念。它指的是利用現(xiàn)代智能技術(shù)、大規(guī)模機(jī)器對(duì)機(jī)器通信（M2M）和物聯(lián)網(wǎng)（物聯(lián)網(wǎng)）技術(shù)，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)制造業(yè)和工業(yè)實(shí)踐的自動(dòng)化。如今，全球生產(chǎn)系統(tǒng)的運(yùn)作方式正在發(fā)生根本性轉(zhuǎn)變。因此，這是一個(gè)與數(shù)字孿生緊密相連的概念。

阿爾滕處于工業(yè)4.0實(shí)施的最前沿。他們認(rèn)為人類必須是該系統(tǒng)的中心。阿爾滕智能工廠4.0研究項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人弗朗索瓦·波蒂埃表示：“革命4.0必須造福人類，為我們提供做出預(yù)測(cè)和決策所需的所有信息，而這些信息仍將在人們的掌控之中?！?/p>