智能制造发展的“利器” 工业数字孪生如何推动传统产业走上高质量发展新路？
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随着物联网技术兴起，工业4.0概念被提出，云计算、大数据等新一代信息技术不断发展为数字孪生应用范围拓展提供保障，制造业成为数字孪生主要应用场景之一，工业数字孪生产业有望在不远的未来迎来加速发展。
在数字孪生加持的数字工厂内，生产过程的任一环节，都会实时呈现并存储在数据里；工作人员坐在电脑屏幕前，就能对一辆车的生产实现全过程监测；车辆生产出来便拥有自己的“电子身份证”，在全生命周期质量100%智能可控、可追溯……在这里，新一代信息技术与制造业深度融合，推动传统产业走上高质量发展新路。
数字孪生最早应用于航空航天行业，美国国家航空航天局和美国空军研究实验室在未来航天器的设计研发过程中，充分运用数字孪生概念，减少实体产品直接模拟产生的大量成本。
随着物联网技术兴起，工业4.0概念被提出，云计算、大数据等新一代信息技术不断发展为数字孪生应用范围拓展提供保障，制造业成为数字孪生主要应用场景之一，工业数字孪生产业有望在不远的未来迎来加速发展。
那么，工业数字孪生具体该如何理解？应用这一技术对制造业有哪些好处？未来它又有着怎样的发展趋势？今天，请一起来聊聊即将火爆的“工业数字孪生”概念。
当下是发展工业数字孪生最好的时机
要全面理解工业数字孪生，需要先了解数字孪生（Digital Twin）本身。它可以理解为现实物理世界的数字化映射。即指针对物理世界中的物体，通过数字化的手段在虚拟数字世界中构建一个一模一样的实体，借此来实现对物理实体的了解、分析和优化，以便在虚拟数字化模型中更高效、更低成本地解决现实应用问题。
数字孪生技术实现了物理世界与虚拟模型在整个生命周期内的虚实映射，因此得到工业界的广泛关注。与此同时，物联网、第五/六代通信技术（5G/6G）、人工智能、多领域/多层次参数化机理模型建模技术等新一代信息技术的加速发展，不断催生全新的技术，加速推动数字孪生技术从概念走向落地应用。在这样的背景下，工业数字孪生概念应运而生。
工业数字孪生是利用多类数字化技术集成融合和创新应用，基于建模工具在数字空间构建起精准物理对象模型，再利用实时IoT数据驱动模型运转，进而通过数据与模型集成融合构建起综合决策能力，推动全业务流程闭环优化。
可以说，工业数字孪生将是智能制造时代的一把利器。《“十四五”信息化和工业化深度融合发展规划》《“十四五”智能制造发展规划》等系列文件指出，要推动智能制造、绿色制造示范工厂建设，构建面向工业生产全生命周期的数字孪生系统，探索形成数字孪生技术智能应用场景，并推进相关标准的制修订工作，加大标准试验验证力度。
同时，多地也已将数字孪生作为需突破的关键核心技术列入科技创新规划中。随着底层技术的不断突破并走向融合应用，有专家表示，发展工业数字孪生，当下就是最好的时机。
数字孪生技术可贯穿工业制造整个生命周期
目前，制造业正在经历着重大转型，有望提供更高生产效率的数字孪生技术受到了极大关注，工业数字孪生技术应用贯穿工业制造的整个生命周期，可以解决工业制造在设计、制造、调试、运行、维护等问题，从而提升智能制造水平。那么，它是如何贯穿制造“全流程”的呢？
总体而言，制造业企业通过物联网及边缘计算上传相关数据后，使用数字孪生技术可以完成生产、能耗、设备、设计、制造管理等工作，进而实现提质、降本、创收、增效四大价值。
首先，在工业设备的设计阶段，产品存在于现实世界之前就可建立该产品的数字孪生仿真模型，并对其制造和运行过程进行模拟仿真测试，快速创建大量性能结果数据，以便及时发现和改进产品设计中可能存在的潜在缺陷。降低产品研发成本、提高产品研发质量及效率、缩短产品投放市场的周期。
其次，在工业设备的制造阶段，可通过设备的数字孪生模型对生产制造流程进行模拟，实现对生产线上的设备数字孪生体进行实时更新，及时掌握生产线状态，实现对产品制造过程的精细化管控。同时，结合智能云平台以及动态贝叶斯、人工神经网络等数据挖掘和机器学习算法，可实现对生产线、制造单元、生产进度、物流、质量等实时动态优化与调整，提高生产效率，降低故障发生率。
最后，在工业设备的运维阶段，可通过设备数字孪生技术实时监测设备运行数据，并应用算法模型对采集数据进行智能分析，预测出最合适的维护时间节点，制定准确的预测性维护计划，避免故障恶化或过度维修，降低维护成本。
此外，设备数字孪生系统的搭建，涉及到数字孪生模型的数字化定义、实体数据的实时感知和动态关联、基于数据和模型的行为仿真分析，在场景上涵盖了设计、生产、运维等多个环节，此过程中必然存在人工经验这样模糊的分析决策机制。利用数字化、机器学习、人工智能等前沿技术，将上述的人工经验总结成数字化算法模型，从而实现经验的标准化和可复制性。
国内数字孪生技术应用还处于起步阶段
或许，工业制造业与数字孪生之间，本就有着“天然”的联系。工业制造业承担了数字孪生的孵化，而数字孪生的发展，对制造业发展也有较强的赋能和促进作用。
如今，在数智技术发展和产业政策红利的双重推动下，智能制造进入快速发展阶段。在这个过程中，数字孪生已经被广泛应用于航空、交通、健康管理、智慧城市等诸多领域，特别在智能制造领域。
可以说，数字孪生技术在智能制造领域的应用场景前景极其广阔，在产品研发、工艺规划、生产制造、出厂测试、运维服务等各生命周期场景均可带来高价值的应用优势。
从发展现状看，四类关键场景有望成为重点应用方向，即存量工厂三维可视化改造“应用普及”、全场景虚拟制造诊断“能力提升”、实时仿真/智能仿真“单点突破”、大国重器系统工程“科技攻坚”。在未来，发展自主可控的数字孪生智能制造系统，对于我国制造业转型升级、由大到强至关重要。
不过，数字孪生技术在国内的应用还处于起步阶段。国产自主技术的成功案例主要集中在设备级的应用方面，利用三维模拟展示和非实时双向异步控制模型，通过数字孪生系统的分析，完成设备的故障分析、寿命预测、远程管理等功能，主要用于设备的故障诊断、预测性维护、运行参数优化等，产线级、工厂级的应用发展缓慢，缺乏深度。相信随着相关政策和技术不断完善，数字孪生有望在国内得到广泛应用并取得重要进展。