数字双胞胎和工业虚拟调试4.0

随着第四次工业革命的到来，我们看到了对技术的兴趣的复苏，这些技术已经存在多年，但在工业4.0时代，许多制造商正在重新审视它们。在本文中，我们将重点介绍一些经常被问到的术语和技术，它们的应用，以及我们认为它们重要的原因。

行业4.0

德国人工智能研究中心主任兼首席执行官沃尔夫冈·沃尔斯特教授在2011年汉诺威博览会上首次描述了工业4.0(或我们现在所知的工业4.0)这个术语。如今，它是一个被广泛使用的术语，不同的人有不同的含义，但其基本思想是相同的:工业4.0指的是在信息和通信技术的帮助下，工业机器和流程的智能网络。

由于工业4.0的愿景和承诺是如此大胆，其影响是如此重大，制造商不能忽视它。工业4.0对供应商和制造商来说都是巨大的机遇，大多数研究公司预计，工业4.0技术的市场在未来5年至少会翻一番。这些技术将对全球经济产生巨大的影响，麦肯锡估计，到2025年，工厂中的工业4.0技术每年可以产生1.2-3.7万亿美元的经济影响。

行业4.0指的是在信息和通信技术的帮助下借助工业机器和工艺的智能网络。

数字双胞胎

数字双胞胎的概念在21世纪初开始得到认可，最显著的是通过密歇根大学的迈克尔·格里夫斯的工作。Grieves提出数字双胞胎模型有三个主要部分:a)真实空间中的实体产品，b)虚拟空间中的虚拟产品，以及c)将虚拟和真实产品联系在一起的数据和信息的连接。多年来，数字双胞胎的定义(和承诺)已经发生了变化，但其基本思想是不变的:用动态的、虚拟的软件生成的对应物理资产和过程的表示。

有许多应用和使用数码双胞胎的用例，因为这是一个非常活跃的研究和创新领域，列表不断增长。数字双胞胎的一些一般用途包括：

• 使用现实世界数据验证系统模型
• 为用户提供决策支持和警报
• 预测物理系统随时间的变化
• 发现新的应用程序机会和收入流

数字双胞胎应用的潜在好处是引人注目的：提高效率，更好的产品质量，更短的计划停机，并减少启动时间，以少数。数字双胞胎可从初始工厂规划和设计应用于调试和维护，在整个生产生命周期中提供它们的价值。

说到对数字孪生技术的投资，如今的制造商对其前景更加看好。虽然数字双胞胎这个词已经流行了几年，但现在越来越多的制造商在这一领域进行投资。在最近对300名制造业高管的调查中，LNS Research发现，75%的受访者已经在他们的组织中实施或计划了数字孪生计划。

多年来，数字双胞胎的定义(和承诺)已经发生了变化，但其基本思想是不变的:用动态的、虚拟的软件生成的对应物理资产和过程的表示。

虚拟调试

新生产解决方案的设计和实施通常是耗时和昂贵的过程。一旦设计完成并安装设备，在生产切换后，还有一阶段即可完成。这就是控制被集成的，发现错误并修复，程序是编写的，操作员在新设备，新进程或修订程序上培训。该阶段普遍挑战，计划和超支经常延迟生产，并可能导致逾期发货 - 甚至失去业务。

数字双胞胎可以用于广泛的目的，包括设计调整和诊断。此外，由于它们是实物资产的准确表示，因此还可以利用它们来简化和优化调试阶段。虚拟调试不是在物理世界中调试一个新的系统或机器人单元，而是创建一个数字双胞胎，然后在一个模拟的虚拟环境中测试和验证模型。这使得:

• 虚拟环境中的代码测试和调试
• 设备操作的仿真，识别可能的问题和替代解决方案的快速评估
• 机器人单元操作的仿真
• 操作程序的发展
• 监督员和设备运营商的培训
• 新机器对现有操作的影响，识别扼流点和空间约束的影响，以便在安装前解决它们

简而言之，虚拟调试允许工程师和运营商测试新安装以及在启动和维护阶段的任何调整 - 在在物理世界实施之前。结果是更平稳，更精简的安装和集成，更少的成本超支和可能影响生产的停机时间最小。

Virtual调试而不是在物理世界中调试新的系统或机器人单元格，涉及创建数字双胞胎，然后在模拟虚拟环境中进行测试和验证模型。

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