二、數字孿生的核心是基于工藝和管理知識的決策

對于數字孿生而言，在物理實體和數字虛體之間，橫亙著兩個關系：一個是自下而上的狀態(tài)感知和數據采集，一個是自上而下的實時控制，但這些仍然只是看得見的關聯關系，更為核心的是所建立的數字虛體或者數字孿生體應該具有與物理實體相對應的孿生效果，當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據狀態(tài)信息進行分類、分析、推理、決策和預測。

數字孿生的核心是決策，而執(zhí)行這個的是數字孿生閉環(huán)關系中的數字孿生體，其核心重點是建模分析和推理。如果只是強調三維可視化展示，其實是有點舍本逐末，不僅不符合數字孿生所追求的分析推理，更是與數字孿生體要對物理實體進行干預的要求相去甚遠。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)，基于實際執(zhí)行狀態(tài)的APS，其實也可以認為是一種數字孿生，其中涉及大量的模型和算法，并且是對生產進行預測分析與優(yōu)化，但可能連顯示都沒有。其實我們以前做各種各樣的CAE分析，也是強調試驗驗證和模型校驗的，只是這個反復迭代的過程比較冗長，與當前所提的數字孿生所強調的實時性不同。但其實這方面的努力，我認為也都是抓住了數字孿生最核心的決策要求，也為當前數字孿生體的發(fā)展提供了基礎支持，從某種角度來說，這種工作更加有意義。

數字孿生的核心是決策，包括分析、推理、預測等，至于結果的展示并不一定是可視化。但現在見到的一些宣稱數字孿生的，包括產品的或者產線的，基本都比較強調可視化的運用，可視化是可以有的，但從內核功能來說并不是必須的。數字孿生強調的是虛實同步映射，目前能做的大多體現為實向虛的映射，比如通過虛擬的產線模型反映實際產線的實際運行狀態(tài)，但這個其實只是展示而已。數字孿生最重要的是分析推理及其之后對物理實體的干預，說的是內在相似而不是簡單的外表。從這個角度來說，目前實向虛的技術和案例已經較多，但虛向實的優(yōu)化干預仍需進一步努力。

（1）數字孿生體現了工藝知識的沉淀，能夠有效的提升核心工藝能力

工藝是與產品質量和生產效率直接相關的專門知識，任何一個企業(yè)即使是在手工管理模式下，也應該是非常重視工藝的，所以我們在開展智能制造、工業(yè)互聯網等方面的技術研究和探索應用的時候，工藝都是重要的目標服務對象。

其實很久以前，工業(yè)過程建模與仿真，這是大家耳熟能詳的一個技術方向，也是一個范圍很廣的技術方向。但我感覺數字孿生，與之前的工業(yè)過程建模與仿真還是不一樣的。傳統的工藝過程建模與仿真，可能更多是脫離于實體的一種孤立的運行，而數字孿生是一種與實體雙向連接的運行？如果簡單來理解，可以理解成一個是在線，一個是離線。數字孿生更偏重于動態(tài)的在線。

但不管怎么樣，數字孿生或者說為了實現數字孿生的第一步就是建模。我們需要進行建模。當前工業(yè)互聯網技術的發(fā)展，為我們從實體上面來獲取各種各樣的實時狀態(tài)提供了手段，也為建模及其應用提供了擴展空間。但這些工業(yè)互聯網等都不是最主要的，只是外圍支撐的手段而已，最主要的還是怎么使得這個模型能夠表達的真實。在仿真領域，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”，其實就是說的這個模型是否準確？是否能夠反映實際？其實美國長期以來，從上個世紀五六十年代開始，就一直在國防先進制造等計劃中持續(xù)的支持和發(fā)展建模與仿真。可能剛開始有些人覺得這方面比較虛，但是這個方面其實是對工藝機理進行深入探究的代名詞。不論是解決實際問題，還是推動技術發(fā)展，甚至相關工業(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，相關的數字孿生模型，也是多種多樣的，所涉及到和所綜合的學科知識也是不一樣的，這才是真正的專業(yè)知識的沉淀凝練。我們說的智能制造在很大程度上是體現為數字孿生的綜合運用的。

比如對切削加工來說，可以基于工藝推理模型，對工件的加工質量進行實時的評判，并能夠根據決策分析結果，對相關的工藝參數進行及時有效的調整，這樣就具有一種自適應的味道。

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，就綜合運用了內部應力場重構控制、切削工藝建模與仿真分析、弱剛度變形補償等措施，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驗的成分，當然也是融合了一些數字化定量的技術研究，但對于筆者來說，后續(xù)應該將這個過程進行沉淀，沉淀成一個分析推理的模板，后續(xù)只要按照這個步驟來做，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，這也是數字孿生的一種體現。

比如，筆者在針對另外一個項目中，針對某個復雜零件加工過程的精度保證問題，采取了自適應加工補償的方式。也就是說，對每一次走刀之后的加工型面進行測量并進行曲面重構，同時與理想的型面進行比較分析，找出偏差進行補償，調整刀位軌跡并生成數控程序，可以有效的提高加工精度。這個過程里面所開發(fā)的分析軟件，其實也是一種數字孿生。

我們國家提出要建設百萬工業(yè)APP，其實我感覺，拿出來一半來做工藝的數字孿生特點的工業(yè)APP，我感覺分量都嫌低。工藝數字孿生是夯實和提升我們制造實力的根本，從做大轉向做強的必然途徑。

（2）數字孿生體現了管理經驗的知識沉淀，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不同的企業(yè)類型及其生產特點，需要貫徹和綜合不同的先進管理思想。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，還認為這只是一種指導性的方法論而已，從中理出來一些原則或者說是方法手段，對生產過程當中的某一點、某個業(yè)務進行實施應用。我認為這么理解是帶有一定的片面性的，實際上來說也有感覺，這些先進管理思想，在實際當中的運用，更多的是一種割裂性的碎片化的實踐。我認為，如果你做了或實施應用了一個制造執(zhí)行系統，這個制造執(zhí)行系統如果不體現先進的管理思想，那相當于這個制造執(zhí)行系統，筆者認為，就是一個沒有靈魂的系統。一般來說能解決問題簡直就是個奇跡啊。

因此我們應該將各種先進的管理思想，把它細化落實或者凝煉成管理經驗與知識，并且系統化而不是孤立的體現在生產管理當中，尤其是智能管控方面。這些經驗和知識的沉淀或者說物化或者更明確的進行軟件化，其實也是相當于建立了內部有機關聯的決策模型。而這種決策模型，本質上來說，其實是制造執(zhí)行過程的數字孿生，或者某個側面指標或目標的數字孿生。

比如我們可以建立面向產線或者車間的排產調度模型，在這個里面體現TOC等思想，當然體現的不僅僅是TOC，還有很多其他的先進的排產調度思想。筆者一直也是從事APS技術研究與系統開發(fā)和實施應用的，在這個過程當中，也深深的感覺到，見到一個約束就進行處理，其實還是挺被動的，也不利于系統的發(fā)展。所以自己一直在揣摩，如果能夠將一些先進的管理經驗知識和管理思想，融合到APS當中，也許可以達到一種事半功倍的效果，應該是APS將來的一個重要的發(fā)展趨勢。

比如在制造執(zhí)行過程當中我們可以建立前后工序之間的精度鏈條模型，根據前道序的加工精度實現，等下一道工序基準的調整，這種分析，我認為就是數字孿生的一種體現，整個生產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，相當于是一種融合。