工艺数字孪生的种种思考

数字孪生得到了学术界和工业界的广泛重视，数字孪生其实是一种理念或者思想，必须要结合具体的应用场景才能提现，尤其要强调其内部以实时和闭环为特征的CPS思路。

产品研制各个环节以及端到端的纵观全生命周期，都可以作为数字孪生的应用场景抓手。本文只说一下工艺数字孪生的种种思考。

不管是工艺设计还是工艺执行，其实一直以来都是研究机构重点关注的内容。工艺设计分析所采用的各种各样的仿真模拟，比如装备运行所采取的各种各样的传感器数据采集及其分析与控制。不仅是为装备赋予了智能化，同时也是为了保证实现产品控形控性的关键手段。其实从理念上来说都是数字孪生的范畴，从这个角度来说，数字孪生从来不是平白无故冒出来的概念，而更多的是一种对于既往研究总结基础之上，并带有一定前瞻性的概念而已。所以想说的第1点就是数字孪生不是为了数字孪生而数字孪生的，在应用上必须是与业务的改进优化场景密切结合的，并且有大量之前的研究工作基础和结果是可以利用和集成的。

不同的工艺执行过程所需要的数字孪生追求也是不一样的。比如，对于磨削，基于功率与振动信号，可以实现快速的进给控制、工件表面振纹的缺陷分析、砂轮状态和工件精度的预先判断。比如，对于车削和铣削，同样基于功率、振动、温度等信号，可以实践类似的OMAT（优铣）的自适应进给、复杂曲线曲面的自适应补偿分析、温度误差的自动补偿、刀具的磨损断裂决策等。一切的目的都是为了更高效率、更高精度更高性能的的装备运行与产品产出，但应用场景和应用重点是形形色色的，必须要根据实际需求来。

工艺执行数字孪生本质和重要度来说是为装备运行提供了一个优化与决策大脑。德国工业4.0所提的资产管理壳，其实是支持数字孪生自然而然的一种要求。我们经常在工业互联或者物联当中看到的数据采集，在实际形式上来说很多都是通过一个硬件盒子来实现的。其实不管是工业4.0的管理壳还是数据采集的硬件盒子，在一定程度上都是为了标准而化之，都是为搭建数字孪生的闭环提供支持。但对于数字孪生来说，最核心的其实还是进行分析推理判断决策的工艺执行过程机理及知识的沉淀下的模型及其运用，否则所有的手机采集将不知道为什么而做。

从长远来说，工艺执行数字孪生将越发的作为装备的必要组成而提供。第1个层次，装备提供商将提供支持数字孪生闭环运行的一上和一下，上就是数据采集下，就是指令控制。第2个层次就是装备智能化运行所需要的大脑是由装备提供商提供或者是由第三方来提供，也都是可行之路，最终面向应用企业或者客户来说，就是一个完全智能化的装备。这方面更多的是一个装备发展的趋势，就如同自动驾驶，真正有价值的是其中的智能驾驶管控软件。

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近三年围绕工艺数字孪生做了大量的科研实践，发展了一系列智能工业应用软件，虽然感觉这个领域是一个无底洞，但是非常的有意思。这个方向是直接触摸工艺执行的机理和知识本质的研究，也是工业软件的重要发力方向与抓手，有大量新兴智能的算法与分析手段需要在其中大力扩展和实践。

嗯，路漫漫其修远兮……

来源：本文转载自公众号智能制造随笔，作者王爱民，已获得作者授权。