本文通過對(duì)虛擬制造以及數(shù)字孿生的核心技術(shù)進(jìn)行梳理，分析了虛擬制造和數(shù)字孿生的研究開發(fā)與應(yīng)用實(shí)踐案例，展望了數(shù)字孿生與虛擬制造的發(fā)展前景。

1 研究背景與發(fā)展現(xiàn)狀

虛擬制造系統(tǒng)首先要感知、建模，再進(jìn)行分析推理。數(shù)字孿生是虛擬制造的使能技術(shù)。如果沒有數(shù)字孿生對(duì)現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)體系的準(zhǔn)確模型化描述，所謂的虛擬制造系統(tǒng)就是無源之水，無法落實(shí)。一方面，數(shù)字孿生可以支撐制造的物理世界和信息世界之間的虛實(shí)映射和雙向互動(dòng)，進(jìn)而形成數(shù)據(jù)感知-實(shí)時(shí)分析-智能決策-精準(zhǔn)執(zhí)行的智能閉環(huán)。另一方面，數(shù)字孿生可以將實(shí)際的運(yùn)行狀態(tài)、環(huán)境變化、突發(fā)擾動(dòng)等參數(shù)與信息空間數(shù)據(jù)(如仿真預(yù)測、統(tǒng)計(jì)分析、領(lǐng)域知識(shí)等)進(jìn)行充分的互動(dòng)和深度融合，以提高制造過程中物理世界和信息世界的同步性和一致性。數(shù)字孿生與虛擬制造的關(guān)系如圖1所示。

圖1 數(shù)字孿生與虛擬制造的關(guān)系圖

1．1 虛擬制造

虛擬制造以虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)和仿真技術(shù)為基礎(chǔ)，對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)過程統(tǒng)一建模，在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、加工和裝配、檢驗(yàn)、使用，從而完成整個(gè)產(chǎn)品生命周期的模擬和仿真。虛擬制造技術(shù)近年來受到廣泛關(guān)注。該技術(shù)利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)模擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造和生產(chǎn)過程，幫助企業(yè)優(yōu)化生產(chǎn)流程、提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)精度和生產(chǎn)效率。隨著科技的發(fā)展，虛擬制造技術(shù)已經(jīng)結(jié)合了許多相關(guān)技術(shù)，如云計(jì)算、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等，以提供更多的應(yīng)用場景和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)支持。

多領(lǐng)域、多尺度融合建模是虛擬制造的關(guān)鍵技術(shù)之一。通過建立多領(lǐng)域、多尺度的模型，可以對(duì)不同的制造過程進(jìn)行有效的仿真和優(yōu)化，從而提高制造效率和產(chǎn)品質(zhì)量。數(shù)據(jù)采集與傳輸是虛擬制造的基礎(chǔ)，涉及數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和傳輸，需要結(jié)合各種傳感器和通信技術(shù)。全周期數(shù)據(jù)管理是虛擬制造的另一項(xiàng)核心技術(shù)，包括數(shù)據(jù)的收集、存儲(chǔ)、分析和應(yīng)用。通過全周期數(shù)據(jù)管理，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的全面監(jiān)控和優(yōu)化。數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)與物理狀態(tài)融合的狀態(tài)評(píng)估是虛擬制造的關(guān)鍵技術(shù)之一，通過將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與模型進(jìn)行融合，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)狀態(tài)的評(píng)估和預(yù)測。VＲ呈現(xiàn)技術(shù)是虛擬制造的重要組成部分。該技術(shù)通過將數(shù)字化的制造過程和產(chǎn)品呈現(xiàn)為視覺化場景，為制造過程提供直觀的展示。高性能計(jì)算技術(shù)是虛擬制造的關(guān)鍵技術(shù)之一，可以提供高速的計(jì)算和數(shù)據(jù)處理能力，支持復(fù)雜的虛擬仿真和優(yōu)化。這些技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用將促進(jìn)制造業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型和智能化升級(jí)。

1．2 數(shù)字孿生

數(shù)字孿生是充分利用多種數(shù)據(jù)(包括物理模型、傳感器、運(yùn)行歷史、試驗(yàn)信息等)，集成多學(xué)科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過程。其在虛擬空間中完成映射，從而反映相對(duì)應(yīng)的實(shí)體裝備全生命周期過程。數(shù)字孿生技術(shù)的實(shí)現(xiàn)離不開許多先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。其技術(shù)體系按照從基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集層到頂層應(yīng)用層的順序可以被劃分成四個(gè)層次，分別是數(shù)據(jù)保障層、建模計(jì)算層、數(shù)字孿生功能層和沉浸式體驗(yàn)層。每一層功能的實(shí)現(xiàn)都在前一層的基礎(chǔ)之上進(jìn)行，都是對(duì)前面各層功能的進(jìn)一步豐富和拓展。

數(shù)字孿生的關(guān)鍵技術(shù)有多領(lǐng)域多尺度融合建模、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)與物理模型融合的狀態(tài)評(píng)估、數(shù)據(jù)采集和傳輸、全壽命周期數(shù)據(jù)管理、VＲ呈現(xiàn)等。其中，多領(lǐng)域多尺度融合建模與虛擬制造中的建模關(guān)鍵技術(shù)一致。在具有復(fù)雜機(jī)理結(jié)構(gòu)的數(shù)字孿生目標(biāo)系統(tǒng)中，通常很難構(gòu)建準(zhǔn)確、可靠的系統(tǒng)級(jí)物理模型。因此，僅僅使用目標(biāo)系統(tǒng)的解析物理模型對(duì)數(shù)字孿生目標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)評(píng)估，并不能取得良好的評(píng)估效果。數(shù)字孿生技術(shù)使用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方式，利用系統(tǒng)的歷史和實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)物理模型展開更新、修改、連接和補(bǔ)充。數(shù)字孿生對(duì)系統(tǒng)機(jī)理特征和運(yùn)行數(shù)據(jù)特征進(jìn)行了充分的融合，使之可以與系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)更好地結(jié)合，從而得到一套可以動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)地跟蹤目標(biāo)系統(tǒng)狀態(tài)的評(píng)估系統(tǒng)。數(shù)字孿生系統(tǒng)是物理實(shí)體系統(tǒng)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)超現(xiàn)實(shí)映射。數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集傳輸和更新對(duì)于數(shù)字孿生具有至關(guān)重要的作用。在數(shù)字孿生系統(tǒng)中，數(shù)量眾多、種類繁多的高精度傳感器作為核心，構(gòu)成了數(shù)字孿生系統(tǒng)的感知基礎(chǔ)。要實(shí)現(xiàn)全生命周期的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理，就必須借助服務(wù)器的分布和冗余的存儲(chǔ)。因?yàn)閿?shù)字孿生系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性有非常高的要求，所以要對(duì)數(shù)據(jù)的分布架構(gòu)、存儲(chǔ)方式和檢索方式進(jìn)行優(yōu)化，從而得到實(shí)時(shí)、可靠的數(shù)據(jù)讀取性能。這就是數(shù)字孿生系統(tǒng)所面臨的挑戰(zhàn)。VＲ技術(shù)可以讓用戶快速掌握系統(tǒng)的工作原理、結(jié)構(gòu)、特征、變化趨勢、健康狀況等多方面信息，從而激發(fā)用戶對(duì)系統(tǒng)的優(yōu)化與創(chuàng)新。在當(dāng)前的云計(jì)算環(huán)境下，優(yōu)化可以從兩個(gè)方面著手，即云計(jì)算環(huán)境下的高性能數(shù)據(jù)分析算法的云端化和異構(gòu)加速架構(gòu)。數(shù)字孿生與虛擬制造的對(duì)比如表1所示。

表1 數(shù)字孿生與虛擬制造的對(duì)比表

1．3 虛擬制造+數(shù)字孿生與工業(yè)4．0

工業(yè)4．0指由人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、機(jī)器人技術(shù)、無人機(jī)、無人駕駛汽車、VＲ等主導(dǎo)的新一代工業(yè)革命。虛擬制造與數(shù)字孿生是工業(yè)4．0的必備技術(shù)。目前，國內(nèi)外正在進(jìn)行各種類型的數(shù)字孿生研究。德國西門子開發(fā)了模擬本公司生產(chǎn)設(shè)施的數(shù)字孿生系統(tǒng)，以構(gòu)建智能工廠。得益于此，西門子在工廠作業(yè)效率和質(zhì)量改進(jìn)方面取得了顯著成效。智能工廠通過安裝在工廠和機(jī)器中的傳感器實(shí)時(shí)收集和分析數(shù)據(jù)，能夠快速了解工廠情況并通過分析實(shí)現(xiàn)自行控制。日本三菱重工在建造風(fēng)力發(fā)電廠的過程中引入了數(shù)字孿生的概念。數(shù)字孿生幫助三菱重工通過考慮風(fēng)向、風(fēng)速和地形來選擇發(fā)電廠的最佳位置。此外，新加坡政府還將整個(gè)城市數(shù)字化，并將數(shù)字化用于預(yù)測和管理交通。荷蘭鹿特丹市正在實(shí)時(shí)收集和分析船舶運(yùn)營信息，以升級(jí)港口物流系統(tǒng)。

數(shù)字孿生不僅應(yīng)用于制造業(yè)，在醫(yī)療、能源、金融和公共服務(wù)等領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用。未來，數(shù)字孿生有望通過與人工智能相結(jié)合，演變成更智能的形式。數(shù)字孿生的應(yīng)用范圍覆蓋將更大，而虛擬制造將成為制造業(yè)不可或缺的一環(huán)。

2 研究開發(fā)與應(yīng)用實(shí)踐

虛擬制造和數(shù)字孿生技術(shù)的發(fā)展，為工業(yè)4．0提供了強(qiáng)有力的支持。將生產(chǎn)線上的物理過程數(shù)字化，為智能制造提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。例如，在工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域，通過使用虛擬制造和數(shù)字孿生技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的智能化控制和自適應(yīng)，從而提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。此外，虛擬制造和數(shù)字孿生技術(shù)的應(yīng)用還可以支持在產(chǎn)品生命周期的各個(gè)階段中，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的數(shù)字化設(shè)計(jì)、制造和維護(hù)。

本文以基于虛擬制造的虛擬油管監(jiān)測系統(tǒng)、智能農(nóng)業(yè)溫室微環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)以及虛擬鋰電池化成試驗(yàn)生產(chǎn)線為例，對(duì)虛擬制造與數(shù)字孿生的研究開發(fā)與應(yīng)用實(shí)踐進(jìn)行闡述。

2．1 基于虛擬制造的虛擬油管監(jiān)測系統(tǒng)

虛擬油管監(jiān)測系統(tǒng)需要能夠準(zhǔn)確地模擬油管監(jiān)測的真實(shí)環(huán)境，包括管道結(jié)構(gòu)、流體傳輸、溫度、壓力等參數(shù)。這樣可以幫助操作人員更好地理解和分析實(shí)際油管的運(yùn)行情況。本小節(jié)設(shè)計(jì)的基于虛擬制造的虛擬油管監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用于某鋼廠中小型車間。根據(jù)需求，該系統(tǒng)先對(duì)VＲ的交互功能進(jìn)行研究，再采用ActiveX技術(shù)把基于VＲ的測控界面封裝成標(biāo)準(zhǔn)化控件嵌入到組態(tài)軟件中，以實(shí)現(xiàn)物理油罐與虛擬油罐的無縫鏈接和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換，最終實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測。

基于虛擬制造的虛擬油管監(jiān)測系統(tǒng)通過建模仿真技術(shù)與軟件開發(fā)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)虛擬人機(jī)交互，并通過運(yùn)用幾何建模、物理建模、運(yùn)動(dòng)建模、行為建模、交互映射與模型分割等實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)仿真。該系統(tǒng)通過軟硬件相結(jié)合的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)虛擬場景的構(gòu)建與仿真。虛擬場景的設(shè)計(jì)包括可視化、數(shù)據(jù)處理和用戶交互等。虛擬場景設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 虛擬場景設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖

基于虛擬制造的虛擬油管監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)用多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)及模糊控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)油罐監(jiān)控。虛擬油罐平臺(tái)的功能包括系統(tǒng)主畫面、歷史曲線權(quán)限設(shè)置、操作系統(tǒng)、智能報(bào)警以及網(wǎng)絡(luò)瀏覽。智能測控機(jī)理為傳感器采集油位數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)先傳輸?shù)綌?shù)據(jù)融合模塊，再傳輸?shù)娇偪仄脚_(tái)以輸出信號(hào)。智能測控機(jī)理如圖 3所示。

圖 3 智能測控機(jī)理

地下油庫虛實(shí)場景如圖 4 所示。

圖 4 地下油庫虛實(shí)場景

本文根據(jù)如圖 4( a) 所示的真實(shí)油管現(xiàn)場實(shí)際環(huán)境搭建虛擬環(huán)境。虛擬油管如圖 4( b) 所示。虛擬油管監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了如圖 4( d) 所示的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸與虛擬人機(jī)交互，最終實(shí)現(xiàn)操作人員的遠(yuǎn)程智能測控。圖 4( c) 為應(yīng)用基地實(shí)際場景與虛擬監(jiān)控畫面。

通過利用虛擬制造、數(shù)字孿生技術(shù)，并結(jié)合實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析和模擬仿真可知，基于虛擬制造的虛擬油管監(jiān)測系統(tǒng)可以提供更高效、安全和可靠的油管監(jiān)測和管理解決方案。

2．2 智能農(nóng)業(yè)溫室微環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)

智能農(nóng)業(yè)溫室微環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)具備溫度、濕度、光照、CO2 濃度、pH 值、土壤營養(yǎng)、病蟲害等參數(shù)的監(jiān)測功能，并能進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄、分析、警報(bào)和遠(yuǎn)程監(jiān)控，以實(shí)現(xiàn)高效的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和資源管理。基于虛擬制造的智能農(nóng)業(yè)溫室微環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的功能如下。首先，通過農(nóng)業(yè)智能巡視機(jī)器人在溫室內(nèi)進(jìn)行自主行走，完成所需大棚內(nèi)數(shù)據(jù)信息的采集。然后，溫室環(huán)境網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)測系統(tǒng)平臺(tái)遠(yuǎn)程獲取溫室內(nèi)機(jī)器人采集到的微環(huán)境數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)顯示在遠(yuǎn)程界面以供監(jiān)測。接著，作物生長環(huán)境專家系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)基于智能機(jī)器人與監(jiān)測平臺(tái)的、面向作物生長過程溫室監(jiān)控的輔助決策功能。最后，系統(tǒng)在某農(nóng)業(yè)基地 840 m2 溫室番茄種植區(qū)完成現(xiàn)場驗(yàn)證。虛擬溫室模型如圖 5 所示。

圖 5 虛擬溫室模型

因?yàn)閺霓r(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)中獲取到的數(shù)據(jù)非常龐大，而系統(tǒng)生成的信息非常復(fù)雜，所以僅依靠農(nóng)戶的技術(shù)水平很難直接使用這些原始數(shù)據(jù)進(jìn)行決策。農(nóng)業(yè)專家只能根據(jù)定量分析的結(jié)果來作出正確的判斷和決策。也就是說，數(shù)據(jù)采集和控制設(shè)備的作用非常有限。解決問題的關(guān)鍵是對(duì)傳感器獲取的大量信息進(jìn)行及時(shí)處理和整合。解決方案之一是在每個(gè)農(nóng)場都建一個(gè)計(jì)算機(jī)中心。但該方案的可行性太低。解決方案之二是把這些數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在云中，從而為以后監(jiān)測作物的生長環(huán)境和生長過程，以及食品安全追溯等活動(dòng)提供證據(jù)和奠定基礎(chǔ)。目前，在云服務(wù)端上已完成數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計(jì)以及對(duì)溫室設(shè)備的遠(yuǎn)程控制服務(wù)等，并為將來的發(fā)展預(yù)留了適宜的接口。這將便于今后在這些服務(wù)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步衍生出更多的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)服務(wù)，如植物生長過程分析、農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)以及農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)挖掘服務(wù)等。

溫室微環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)以下功能。

①數(shù)據(jù)采集。濕室微環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)可采集溫室大棚的各種影響因素的數(shù)據(jù)，如溫濕度、光照、CO2 濃度、土壤水分和溫度等信息。

②專家系統(tǒng)。作物生長環(huán)境專家系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)基于智能機(jī)器人與監(jiān)測平臺(tái)的面向作物生長過程溫室監(jiān)控的輔助決策功能。整個(gè)基于虛擬制造的溫室微環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 6所示。

圖 6 溫室微環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

③通過農(nóng)業(yè)監(jiān)測機(jī)器人采集數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性、實(shí)時(shí)性、一致性。借助監(jiān)測平臺(tái)的智能分析能力，可以擺脫溫室控制對(duì)人的依賴。溫室虛實(shí)場景如圖 7 所示。

圖 7 溫室虛實(shí)場景

智能農(nóng)業(yè)溫室微環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用可以提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的質(zhì)量和效率、減少資源浪費(fèi)，同時(shí)也為農(nóng)民提供了更便捷、可靠的農(nóng)業(yè)管理工具。

2．3 虛擬鋰電池化成試驗(yàn)生產(chǎn)線

虛擬鋰電池化成試驗(yàn)生產(chǎn)線的應(yīng)用需求包括工藝優(yōu)化、質(zhì)量控制、過程仿真、培訓(xùn)和技能提升，以及可視化和決策支持等。虛擬系統(tǒng)可以幫助鋰電池制造企業(yè)提高生產(chǎn)效率、優(yōu)化質(zhì)量管理，并降低成本和風(fēng)險(xiǎn)。虛擬系統(tǒng)設(shè)計(jì)需針對(duì)日產(chǎn)量為 10 000 片、容量為 10 Ah 的鋰電池的生產(chǎn)過程。虛擬仿真過程按照生產(chǎn)工藝要求，采用集運(yùn)箱方式運(yùn)輸鋰電池; 采用流水線方式進(jìn)行虛擬仿真，并需要對(duì)集運(yùn)箱和電池導(dǎo)體模型進(jìn)行兩級(jí)編碼。虛擬仿真中的氮?dú)庾鳛橄�防媒介，將現(xiàn)場總線與工業(yè)以太網(wǎng)結(jié)合。這將有助于優(yōu)化生產(chǎn)過程、提高效率和安全性。虛擬生產(chǎn)線是實(shí)現(xiàn)了工位控制、現(xiàn)場工作站控制和系統(tǒng)集控的大系統(tǒng)，可通過虛擬儀表對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示和采集仿真模擬。虛擬系統(tǒng)需設(shè)計(jì)開放式的系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，以便實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)共享。

虛擬制造技術(shù)應(yīng)用于生產(chǎn)體，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)物流控制、倉儲(chǔ)管理、過程控制和工藝參數(shù)控制的模擬。

虛擬系統(tǒng)通過虛擬制造技術(shù)，在仿真界面全面滿足鋰電池生產(chǎn)工藝要求; 通過虛擬仿真，優(yōu)化生產(chǎn)過程占地面積，提高現(xiàn)實(shí)場地使用效率; 通過模擬仿真，確保工藝流程的完整性、可實(shí)現(xiàn)性、可靠性。模擬仿真要同時(shí)保證自動(dòng)化過程與緊急狀態(tài)下人工干預(yù)的可實(shí)現(xiàn)性。仿真過程需同時(shí)滿足消防要求，以確保安全生產(chǎn)。

自動(dòng)化生產(chǎn)的工位布置如圖 8 所示。

圖 8 工位布置平面圖

鋰電池化成試驗(yàn)生產(chǎn)線部分虛擬場景如圖9所示。

圖 9 生產(chǎn)線部分虛擬場景

虛擬鋰電池化成試驗(yàn)生產(chǎn)線的應(yīng)用可以幫助優(yōu)化生產(chǎn)線設(shè)計(jì)、改進(jìn)工藝、提升操作員技能，并提供故障診斷和優(yōu)化的支持。虛擬化技術(shù)在鋰電池生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用正在逐漸增加，可以提高生產(chǎn)效率、降低成本和改善產(chǎn)品質(zhì)量。

3 發(fā)展趨勢

作為支撐虛擬制造的數(shù)字孿生技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)物理世界的精準(zhǔn)映射，進(jìn)而借助人工智能等方法有效解決工藝規(guī)劃和生產(chǎn)線優(yōu)化等問題。虛擬制造和數(shù)字孿生是制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵技術(shù)。其未來發(fā)展趨勢如下。

①更高級(jí)的仿真技術(shù)。虛擬制造和數(shù)字孿生將更加強(qiáng)調(diào)仿真技術(shù)的發(fā)展，包括物理仿真、運(yùn)動(dòng)仿真、流體仿真等，以提供更真實(shí)、準(zhǔn)確的模擬環(huán)境。這將幫助制造企業(yè)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃和生產(chǎn)過程中進(jìn)行更精確的分析和優(yōu)化，從而減少試錯(cuò)成本和時(shí)間。

②深度學(xué)習(xí)和人工智能的應(yīng)用。虛擬制造和數(shù)字孿生技術(shù)將與深度學(xué)習(xí)和人工智能技術(shù)結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)更智能化的生產(chǎn)過程。通過分析大數(shù)據(jù)、學(xué)習(xí)和預(yù)測模式，該技術(shù)可以提供更精確的預(yù)測和決策支持，幫助企業(yè)優(yōu)化生產(chǎn)計(jì)劃、改進(jìn)質(zhì)量控制和降低故障率。

③跨領(lǐng)域整合。虛擬制造和數(shù)字孿生將在不同領(lǐng)域之間進(jìn)行更緊密的整合，包括工程設(shè)計(jì)、制造、供應(yīng)鏈管理等。通過虛擬制造和數(shù)字孿生技術(shù)，企業(yè)可以在產(chǎn)品生命周期的不同階段進(jìn)行信息傳遞和共享，以實(shí)現(xiàn)多領(lǐng)域的協(xié)同工作。

④物聯(lián)網(wǎng)的融合。虛擬制造和數(shù)字孿生將與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)設(shè)備和系統(tǒng)之間的互聯(lián)互通。通過物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集和傳輸，企業(yè)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)、收集生產(chǎn)數(shù)據(jù)。通過將設(shè)備狀態(tài)與數(shù)字孿生模型進(jìn)行對(duì)比分析，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、預(yù)測維護(hù)和智能調(diào)度。

⑤增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和VR應(yīng)用。虛擬制造和數(shù)字孿生將借助增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和 VＲ 技術(shù)，為制造業(yè)提供更直觀、沉浸式的體驗(yàn)。通過增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和 VＲ 技術(shù)，企業(yè)可以在虛擬環(huán)境中進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃和培訓(xùn)，從而提高效率和質(zhì)量。

綜上所述，虛擬制造和數(shù)字孿生在未來將朝著更加智能化、數(shù)字化和整合化的方向發(fā)展。這些技術(shù)將幫助企業(yè)提高生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量和創(chuàng)新能力，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展和保持競爭優(yōu)勢。

4 結(jié)論

虛擬制造借助增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和 VＲ 技術(shù)，可以提供更直觀、沉浸式的體驗(yàn)。數(shù)字孿生與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的結(jié)合可實(shí)現(xiàn)設(shè)備和系統(tǒng)的互聯(lián)互通，可實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)、收集生產(chǎn)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)物理世界的精準(zhǔn)映射。虛擬制造和數(shù)字孿生已經(jīng)在油管檢測、農(nóng)業(yè)溫室及鋰電池化成試驗(yàn)生產(chǎn)線中取得顯著的進(jìn)展和良好的應(yīng)用實(shí)踐效果。未來，虛擬制造和數(shù)字孿生的發(fā)展將更加注重仿真技術(shù)的提升、深度學(xué)習(xí)和人工智能的應(yīng)用、跨領(lǐng)域整合、物聯(lián)網(wǎng)的融合以及增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和 VＲ 技術(shù)的應(yīng)用。數(shù)字孿生驅(qū)動(dòng)虛擬制造將打造具有超高并發(fā)基礎(chǔ)設(shè)施、全面價(jià)值交付體系和三元空間生態(tài)環(huán)境的元宇宙。