五、數字孿生制造
（一）現狀
近年來，制造業在逐步走向智能化。數字孿生體作為制造業智能化的核心技 術之一，受到了越來越多的關注和研究。根據前文所述的數字孿生體發展階段， 數字孿生體已經經歷了技術準備期、概念制造期和預先應用期，在制造業的多個 領域取得了一定的技術積累和預先應用。
自從有了諸如CAD等數字化手段后，數字孿生體技術已經開始萌芽。有了 CAE仿真手段，研究手段從計算機簡單輔助向自動化轉變，數字虛體和物理實體 走得更近。有了系統仿真，研究對象從簡單物體向復雜系統轉變，虛擬實體更像 物理實體。直到有了比較系統的數字樣機技術，研究目標從單體動力學向多體動 力學轉變，研究形式從靜態向動態轉變。隨著數字孿生體技術的不斷發展，數字 孿生體逐步邁向大規模擴展應用期。
目前數字孿生體正在與人工智能技術深度結合，促進信息空間與物理空間的 實時交互與融合，通過在信息化平臺內進行更加真實的數字化模擬，實現更廣泛 的應用。將數字孿生體與機器學習框架相結合，數字孿生體可以根據多重的反饋 源數據進行自我學習，從而實時地在數字世界里呈現物理實體的真實狀況，并能 夠對即將發生的事件進行推測和預演。數字孿生體的自我學習除了可以依賴于傳 感器的反饋信息，也可通過歷史數據，或者云平臺的數據學習。
（二）綜述
實現數字孿生體是一系列使能技術的綜合應用。在產品生命周期的不同階段, 有不同的主流技術應用于數字孿生體。本章首先給出數字孿生制造的參考架構， 描述通用使能技術在數字孿生制造體系中的地位和作用，介紹數字孿生體在制造 領域特有的關鍵技術，最后闡述數字孿生體在制造業的典型應用場景和案例。
在制造領域，一些傳統的技術，如CAD和CAE,天然就是為物理產品數字化 而生。一些新興技術，如Al、AR、loT,也為更逼真、更智能、更交互的數字攣 生體插上了翅膀。可以預見，數字孿生體在研發設計和生產制造環節將會起到越 來越大的作用，成為智能制造的基石。
在產品的設計階段，使用數字孿生體可提高設計的準確性，并驗證產品在真 實環境中的性能，主要功能包括數字模型設計、模擬和仿真。對產品的結構、外 形、功能和性能（強度、剛度、模態、流場、熱、電磁場等）進行仿真，用于優 化設計、改進性能的同時，也降低成本。在個性化定制需求盛行的今天，設計需 求及其變更信息的實時獲取成為企業的一項重要競爭力，可以實時反饋產品當前 運行數據的數字孿生體成為解決這一問題的關鍵。曾經在試驗科學中廣為應用的 半實物仿真也將在數字孿生體中發揮重要作用。
在產品的制造階段，使用數字孿生體可以縮短產品導入時間，提高設計質量, 降低生產成本和加快上市速度。制造階段的數字孿生體是一個高度協同的過程, 通過數字化手段構建起來的數字生產線，將產品本身的數字孿生體同生產設備、 生產過程等其他形態的數字孿生體形成共智關系，實現生產過程的仿真、參數優 化、關鍵指標的監控和過程能力的評估。同時，數字生產線與物理生產線實時交 互，物理環境的當前狀態作為每次仿真的初始條件和計算環境，數字生產線的參 數優化之后，實時反饋到物理生產線進行調控。在敏捷制造和柔性制造大為盛行 的今天，對多個生產線之間的協調生產提出更高要求，多個生產線的數字孿生體 之間的“共智”將是滿足這一需求的有效方案。