什么是数字孪生工厂？

讨论之前，我们先梳理数字孪生工厂有什么？首先，得有真实的物理工厂；其次得有构建数字孪生模型；第三，必须能高效获取物理工厂的生产过程数据，与虚拟模型之间实现双向传递和数据交互，包括生产设备数据、测量仪器数据、生产人员数据、生产物流数据等，这是实现物理工厂和虚拟模型之间关联映射和匹配的基础。从技术层面讲，支撑数字孪生映射关系的信息技术基础架构包括工业互联网、移动互联技术、 等；支撑 在分析、预测、决策环节实现应用价值的技术包括数据挖掘、数字网格、机器学习、大数据分析、模拟仿真、可视化操作、 等。最终，数字孪生将在工厂的规划建设阶段通过规划仿真、建设管理、数字化交付、企业过程资产等应用场景实现节省项目投资，缩短投产上线的周期。在生产控制阶段，还需要通过环境安全、生产管理、设备运维、人员培训等应用场景实现对产品和制造过程的精细化管控，从而提升企业的 。总体来说，构建数字孪生工厂需覆盖工厂的规划、设计、建设、控制、升级、再造的全过程，并随着工厂生产需求的变化而不断丰富数字化能力与内涵。

数字孪生工厂构建的六个阶段 第一，规划阶段。 如果说真实的物理工厂是躯体，那么虚拟的数字工厂就是灵魂，而数字孪生就是将躯体与灵魂融为一体的关键。这一阶段就要运用数字孪生思维，利用虚拟仿真、 等新兴技术，将过去可供参考的历史数据、经验与知识应用于工厂规划，帮助企业管理层进行快速决策。 第二，设计阶段。 数字孪生镜像作为未来实体工厂的预定义镜像，为设计单位和业主单位之间提供有效的沟通方式和决策依据，确保设计的安全性和合理性。 第三，建设阶段。 数字孪生工厂作为实体对象的数字化映射，是多物理、多维度、超写实、动态概率的集成仿真模型，可用来模拟、监控、诊断、预测、控制工厂实体项目精度、时间进度和费用预算，同时数字模型通过与产品物理实体之间的数据和信息交互，不断提高自身的完整性和精确度，最终完成对产品物理实体的完全和精确描述，以及建设过程信息的存档。 第四，生产控制阶段。 数字孪生工厂作为与现实世界中的物理实体完全对应和一致的虚拟模型，可实时模拟自身在现实环境中的行为和性能，在此阶段借助数字孪生来推动高性能计算技术和机器学习技术在生产过程领域的应用。实时虚拟现实迭代交互，以优化生产要素配置和生产控制过程。 第五和第六，工厂升级和流程再造阶段。 数字孪生工厂通过和真实的实体工厂之间全要素、全流程、全业务数据集成和融合，并且在孪生数据流的驱动下，实现对工厂生产要素、活动计划的模拟和优化，为物理工厂的不断升级改造提供分析支持。从工厂规划、投产到升级、再造的运营过程，数字孪生工厂保存了工厂物理实体所有经营和运行数据的数据档案。数字孪生档案可以在未来新工厂的规划中作为参考依据，从而形成了一个闭环循环。因此，我理解的构建数字孪生工厂方法框架包括了制造业环境中的物理对象、虚拟模型、参与生产控制和经营管理的人员，以及通过工业物联网将这些要素连接在一起后不断循环迭代的。

数字孪生工厂构建的方法框架在数字孪生工厂方法框架中，虚拟模型对其镜像的物理对象进行数字化、可视化、模型化和逻辑化的模拟，模拟结果一方面可以实时展示给生产控制人员和经营管理人员，用于辅助决策；另一方面也可以直接形成控制指令，直接反馈到生产设备的控制器上;方法框架中的物理对象不断接受人和虚拟模型发来的控制指令，执行生产任务，同时将自身的状态信息又不断地传递给参与人员和虚拟模型;参与人员观察虚拟模型展示的动态可视化信息，以及孪生模型的模拟结果和实时优化建议，同时根据这些参考信息对物理的设备或加工对象进行实时控制决策;工业物联网将所有要素串联起来并形成一个不断循环的闭环。数字孪生工厂方法框架包括数字孪生的方法和数字孪生的模型，在制造业工厂全生命周期的不同阶段，被关注的重点不一样，构建数字孪生的方法和模型也会有所区别。然而无论在哪个阶段，数字孪生的框架都要紧紧围绕着"人、信息模型、物理对象"来构建，能够将这些要素串联起来的，是在各要素之间实现信息双向交互的工业物联网。