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第四次工業革命的到來，是對日益復雜的工作環境的一種解決方案，預示著制造業的新紀元。認知和智能過程的引入開辟了范圍廣泛的提高生產率的可能，這些驅動著制造業的數字化轉型。目前，工廠數字孿生尚處于技術驗證和應用探索階段。比較典型的有2D或半3D的工廠數字孿生、工作單元級別的數字孿生，以及工廠/產線級別關鍵要素的數字孿生。
2D或半3D的工廠數字孿生其實質是繞過了建立全量工廠數字模型的過程，直接利用工廠2D或者半3D的圖片來直觀展示工廠或產線的布局，通過疊加數據熱點的形式來動態展示設備、產線的實時運行狀態。

優點是簡潔、直觀，不影響系統性能；其缺點是工廠/產線布局圖是固定不變的，不能隨著產線調整而發生相應的調整，同時也不支持實時數據驅動的設備運動模擬和仿真，如機械臂或AGV的實時運動軌跡以及產品在產線上的移動等。這種場景一般用于僅關注產線關鍵KPI的監控和預警，實現難度不大，只需產線實時數據和關鍵KPI計算模型即可。

數字孿生是工廠，產品或過程的物理屬性的近實時表示。它的應用范圍很廣。通過連接生成實時數據的對象，可以開發產品從設計和開發階段到生產周期結束的數字足跡。可以根據一系列標準對數據進行處理和匯總，并根據特定用例以各種形式呈現。隨著時間的流逝，出現了基于歷史和當前行為的不斷發展的數字資料。這可以導致開發更豐富的模型以及對系統固有的不可預測性進行實際測量。

過去，從技術和經濟角度來看，處理生成對象的高度逼真的數字副本所需的大量數據都是不可行的。但是，近年來，計算，存儲和帶寬的成本已急劇下降。這樣可以快速收集，聚合和分析由連接的智能技術生成的數據。

結構良好的Digital Twin可以簡化可能場景的模擬并預測可能的結果，使人們可以嘗試新策略而不會影響生產。這不僅節省了寶貴的時間，而且還可以在將其部署到物理流程之前，通過前瞻性策略幫助發現可能的缺陷。通過在生產的每個步驟分析機器的性能和產品的質量，可以優化流程，從而以更低的成本生產出更好的產品。組件的近實時跟蹤可以提醒相關的利益相關者注意故障的嚴重性，從而可以通過預測性維護在實際發生問題之前避免可能發生的問題。Digital Twin可以通過促進遠程執行協助和其他服務任務來增加價值。

工作單元級數字孿生將3D建模從工廠縮小到了工作單元級別，以工作單元為基礎實現完整的數字孿生內容，包括3D建模、數據采集、數據建模、機理模型和機器學習模型等。

這種數字孿生有助于探索工廠數字孿生的技術實現路徑，找出關鍵技術難點予以突破，并在此基礎上沉淀各種工業機理模型，探索更高級、更智能化的應用，如機械臂的故障預測分析、上下料的比較優路徑求解等。隨著技術的成熟和應用的深入，可逐步將孿生模型延伸至整個產線以及整個工廠。

我們已經看到Digital Twins被廣泛應用于各種制造業。例如，在汽車工業中，Digital Twins可用于選擇汽車的型號，世代和配置，以對微控制器，傳感器和執行器的數量和類型以及已安裝的軟件組件進行建模。使用數字孿生，制造商可以根據所需平臺自動執行數據收集過程，以協調各種數據模型。這使數據科學家無需知道目標平臺的技術細節即可訪問特定的數據點（例如車速）。

雖然目前的工廠數字孿生尚存在不足，但是全球領先企業和科研機構已經紛紛投入工廠數字孿生技術的研究和應用，并且已經取得了一定成效。我們相信，隨著數字技術的快速發展，真正的工廠數字孿生必將觸手可及。

北京四度科技專注于工業虛擬現實展示系統，工業數字孿生系統，如有數字化工廠咨詢，請聯系我們，18612192938，張經理。