【知识】智能生产过程的几个概念

　　面向智能生产的几个概念：

　　一、虚拟制造

　　数字化设计与数字化制造都属于数字制造的概念范畴。所谓数字制造，是指在虚拟现实、计算机网络、快速原型、数据库和多媒体等支撑技术的支持下，根据用户需求，迅速收集资源信息，对产品信息、工艺信息和资源信息进行分析、规划和重组，实现对产品设计和功能仿真以原型制造，进而快速生产出满足用户性能要求的产品的整个制造过程。

　　也就是说，数字制造实际上是在对制造过程进行数字化的描述而建立的数字空间中完成产品的制造过程。

　　2. 数字孪生

　　数字孪生(digital twin: a physics-based digital modeling approach)一词由美国密歇根大学的Michael Grieves于2003年在他讲授的PLM(产品全生命周期管理)课程上引入，并且于2014年在其撰写的 Digital Twin: Manufacturing Excellence through Virtual Factory Replication 白皮书中进行了详细阐述。美国国防部、PTC公司、西门子公司、达索公司等在2014年接受了“Digital Twin”这个术语，并开始在市场宣传中使用。

　　数字孪生的定义，是以数字化方式为物理对象创建的虚拟模型，模拟其在现实环境中的行为。通过搭建整合制造流程的数字孪生生产系统，能实现从产品设计、生产计划到制造执行的全过程数字化，将产品创新、制造效率和有效性水平提升至一个新的高度。数字孪生从虚拟制造、数字样机等技术上发展而来，现在已经拓展到智能制造、设备故障预测以及产品改进等多个领域。建立数字李生的初衷是为了描述产品设计者对一类产品的理想定义，用于指导产品的制造、功能分析、性能推测等。

　　然而，产品在制造过程中由于加工、装配误差等因素，使得真实情况与数字孪生长时间不能保持完全一致，其有效性受到了明显限制。

　　随着物联技术的发展，利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多科学、多物理量、多尺度的仿真过程越来越精确。以飞行器为例，将物理世界的参数通过传感器重新反馈到数字世界，完成仿真验证和动态调整已经成为可能。

　　在工程设计和模拟过程中，产品的数字孪生(即产品研发阶段的数字定义模型MBD)可以帮助公司分析和优化产品在实际操作条件下的性能。

　　在工厂及生产线过程引入数字孪生，在没有建造之前可以进行仿真和模拟，并将真实参数传给实际的工厂建设，有效减少误差和风险;待工厂和生产线建成之后，日常的运行和维护通过数字孪生进行交互，能够迅速找出问题所在，改进操作监控及资产管理，提高工作效率。数字孪生成为“工业4.0”成功的关键技术。

　　3. 智慧工厂

　　根据通用电器智慧工厂(brilliant factory)的理念，通过数字主线驱动智慧工厂，在产品设计阶段缩短开发周期、降低成本、提高产量，在产品生产阶段缩短生产周期、提高生产效率、减少设备死机时间，在供应链优化和服务阶段减少库存、提高市场的可预测性等。

　　智慧工厂/数字化工厂概念首先由美国 ARC顾问集团(ARC Advisory Group)于2006年提出，智慧工厂/数字化工厂实现了以制造为中心的数字制造、以设计为中心的数字制造和以管理为中心的数字制造，并考虑了原材料、能源供应、产品销售的销售供应，提出从工程(面向产品全生命周期的设计和技术支持)、生产制造(生产和经营)和供应链这3个维度描述。