数字孪生：制造强国智能化的必由之路

近年来，数字孪生这一前沿技术已经得到了工业界与学术界的广泛关注。全球最具权威的IT研究与顾问咨询公司Gartner将数字孪生列为十大战略科技发展趋势之一。党的十九大报告明确提出要加快建设制造强国，《中国制造2025》指出将智能制造作为两化融合的主攻方向，推进生产过程智能化，培育新型生产方式，全面提升企业研发、生产、管理和服务的智能化水平。可以说，数字孪生技术的发展将PLM的能力和理念，从设计阶段真正扩展到了全生命周期。

理论教育 2023-06-24

系统构建模块设计

FMT有多种不同的应用形式，按照制造系统的规模、柔性和其他特征，柔性自动化可分为以下形式：柔性制造单元、柔性生产线、柔性制造系统和以柔性制造系统为主体的自动化工厂。概括地说，凡是在计算机辅助设计、辅助制造系统支持下，采用数控设备、分布式数控设备、柔性制造单元、柔性制造系统、柔性自动线和柔性装配系统等具有一定制造柔性的制造自动化技术，都属于FMT的应用范围。

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系统的组成及发展趋势探析

20世纪60—80年代，世界范围内的FMS获得了年增长率约为15%的快速发展和应用。当今，“柔性”“敏捷”“智能”和“集成”是制造设备和系统的主要发展趋势。这种小型化FMS伴随着DNC、FMS技术发展而附带生产的FMC技术将得到快速发展和广泛应用，并可能形成商品化的柔性制造设备，成为制造业先进设备的主要发展趋势和面向21世纪的先进生产模式。FMS效益显著，有向小型化、多功能化方向发展的趋势。

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系统分类：优化管理和操作的关键

FMS具有较好的柔性，但是这并不意味着一条FMS就能生产所有类型的产品。据统计，从工件形状来看，95%的FMS用于加工箱体类或回转体类工件。从工件种类来看，很少有加工20种产品以上的FMS，多数系统只能加工10多个品种。现有的FMS大致可分为三种类型。1）专用型以一定产品配件为加工对象组成的专用FMS，如汽车底盘柔性加工系统。2）监视型具有自我检测和校正功能的FMS。与传统加工方法相比，该类型FMS的优点是：生产效率可提高140%～200%。

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柔性制造系统仿真的意义及目的

难以在产品正式投产与上市之前，完成产品的设计与生产规划，模拟出产品的制造过程，发现可能存在的问题，难以准确评估FMS系统的制造潜能。计算机仿真技术是研究FMS规划设计、生产调度和运行管理的有力工具，是解决制造复杂性的最佳途径。

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数字孪生技术的应用现状与发展趋势

2015年，通用电气公司基于数字孪生体，实现了对发动机状况的实时监控和预测性维护。随着物理模型数字化表达的进步及大数据、物联网和云计算等新一代信息技术的突破，数字孪生在理论和应用层面都取得了快速发展。2）数字孪生技术在国外的现状在国外的相关研究中，2011年，E.J.Tuegel等利用数字孪生技术，建立飞机的高保真模型来整合结构和温度的变化对材料的影响，从而实现飞机寿命的预测。

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数字孪生标准体系：安全、物理系统与信息需求规范

表4-30 热强钢焊条药皮类型代号（续）图1-1数字孪生行业评价标准数字孪生安全标准包括物理系统安全要求、功能安全要求、信息安全要求三部分，用于规范数字孪生体系中的人员安全操作、各类信息的安全存储、管理与使用等技术要求。②仅限于熔敷金属化学成分代号1M3。表4-31 热强钢焊条熔敷金属化学成分分类代号图1-2数字孪生行业应用标准

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制造技术的发展历程与人类文明进步的关联

制造技术的发展与人类文明的进步密切相关，并互相促进。1831年法拉第提出电磁感应定律，1864年麦克斯韦电磁场理论的建立，为发电机、电动机的发明奠定了基础，从而迎来了电气化时代。据报道，美国公司的交货期最少可缩短为几十小时。1945年美国制造出第一台电子计算机，以后经历了电子管、晶体管、小规模集成电路、大规模和超大规模集成电路的发展过程。

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系统特征：柔性设备和机床相互替换能力

1）设备柔性设备柔性是指系统中的加工设备具有适应加工对象变化的能力。2）机床可相互替换的系统这类柔性制造系统在设备出现故障时，能用替换机床保持整个系统继续工作。

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产生和演化的历程

1）数字孪生产生数字孪生是一种实现物理系统向信息空间数字化模型映射的关键技术，它通过充分利用布置在系统各部分的传感器，对物理实体进行数据分析与建模，形成多学科、多物理量、多时间尺度和多概率的仿真过程，将物理系统在不同真实场景中的全生命周期过程反映出来。就数字孪生的概念而言，目前仍没有被普遍接受的统一定义。因此，数字孪生成为任何信息系统或数字化系统的总称。

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