二、數(shù)字孿生的核心是基于工藝和管理知識(shí)的決策

對于數(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。

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發(fā)揮更重要作用的，對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，并且是對生產(chǎn)進(jìn)行預(yù)測分析與優(yōu)化，但可能連顯示都沒有。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)迭代的過程比較冗長，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，從某種角度來說，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)測等，至于結(jié)果的展示并不一定是可視化。但現(xiàn)在見到的一些宣稱數(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)核功能來說并不是必須的。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物理實(shí)體的干預(yù)，說的是內(nèi)在相似而不是簡單的外表。從這個(gè)角度來說，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，所以我們在開展智能制造、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)對象。

其實(shí)很久以前，工業(yè)過程建模與仿真，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。但我感覺數(shù)字孿生，與之前的工業(yè)過程建模與仿真還是不一樣的。傳統(tǒng)的工藝過程建模與仿真，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？如果簡單來理解，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的，做虛擬仿真切忌“虛而不擬，仿而不真”，其實(shí)就是說的這個(gè)模型是否準(zhǔn)確？是否能夠反映實(shí)際？其實(shí)美國長期以來，從上個(gè)世紀(jì)五六十年代開始，就一直在國防先進(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_始有些人覺得這方面比較虛，但是這個(gè)方面其實(shí)是對工藝機(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。

比如對切削加工來說，可以基于工藝推理模型，對工件的加工質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)的評判，并能夠根據(jù)決策分析結(jié)果，對相關(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�，雖然是針對具體的零件來開展的，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，但對于筆者來說，后續(xù)應(yīng)該將這個(gè)過程進(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)步驟來做，任何薄壁零件的加工變形控制問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，筆者在針對另外一個(gè)項(xiàng)目中，針對某個(gè)復(fù)雜零件加工過程的精度保證問題，采取了自適應(yīng)加工補(bǔ)償?shù)姆绞�。也就是說，對每一次走刀之后的加工型面進(jìn)行測量并進(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)過程里面所開發(fā)的分析軟件，其實(shí)也是一種數(shù)字孿生。

我們國家提出要建設(shè)百萬工業(yè)APP，其實(shí)我感覺，拿出來一半來做工藝的數(shù)字孿生特點(diǎn)的工業(yè)APP，我感覺分量都嫌低。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。但是一般來說這些管理思想，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，從中理出來一些原則或者說是方法手段，對生產(chǎn)過程當(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)際上來說也有感覺，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)沒有靈魂的系統(tǒng)。一般來說能解決問題簡直就是個(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)上來說，其實(shí)是制造執(zhí)行過程的數(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)開發(fā)和實(shí)施應(yīng)用的，在這個(gè)過程當(dāng)中，也深深的感覺到，見到一個(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將來的一個(gè)重要的發(fā)展趨勢。

比如在制造執(zhí)行過程當(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。