妙用Digital Twin虛實融合 驅動智能製造升級轉型
原標題：妙用Digital Twin虛實融合 驅動智能製造升級轉型
導語
GE的Global Research團隊，針對供應鏈與工廠流程打造「數字雙胞胎」，藉以持續監測所有裝置設備正在發生的大小事，進而優化決策質量，帶動庫存管理效率及工廠吞吐量攀高。
在Gartner依慣例發布2017年十大技術趨勢，其中最受矚目的亮點，便是Digital Twin，有人把它翻譯為「數字雙胞胎」，其意指物件或系統的多元軟體模型，藉助感測器來理解標的物件或系統的真實處境，讓使用者能精準快速地反應各種變動情況，從而改善物件或系統的的操作，或增添其附加價值。
Digital Twin隨著計算機能力提升、感測器價格下降，精確度更準確，許多事件都可以在電腦上進行模擬。企業可以用Digital Twin來嘗試改變某些初始條件帶來的結果。
以製造業而論，若能善加運用Digital Twin，即等於巧妙建立一套智能代理人，可以主動修復與規劃設備服務，規劃製程、產線或整座工廠，從而及早預測設備的潛在故障因子、強化產品開發，終至提升營運效能。
由此看來，一旦企業能夠妙用工業物聯網(IIoT)與Digital Twin，一方面就可以有效彙集來自外圍環境或設備的大量資料，二方面更可善用這些數據，在猶如真實世界化身的數碼世界裡執行模擬運算。
如此一來，企業毋需耗費高昂的成本代價購置大量裝置或設備，即可透過Digital Twin這個虛擬分身，持續不斷進行分析與測試，並隨時針對異常狀態進行修補與復原，藉此縮短各項創新研發專案的試誤歷程，且易於維繫創新產品的質量與穩定性。
1Digital Twin象徵CPS虛實融合技術
有專家甚至認為，深究Digital Twin的本質，即是一種虛實融合技術，與工業4.0所提及的CPS，可說完全契合；因此若說數碼雙胞胎就是CPS，基本上算是一種正確說法，但Digital Twin似乎比起CPS更為生動到位。
而這個概念無疑是從既有虛擬製造、數碼原型(包含幾何原型、功能原型、效能原型)等技術基礎演化而來，若欲凸顯前後差異，則是數碼原型之建構目的，主要用於描述產品設計者針對此產品的理想定義，作為產品生產製造、功能與效能分析的指引。
但不可諱言，在真實世界裡，產品在生產過程的加工、組裝等程序上，難免稍有誤差，而後續產品被使用、維修的狀態，更充滿不可預測性，因此要讓真實產品與數碼模型保持一致，無疑難上加難，這也使得所有在數碼模型上執行的模擬分析，不見得具備有效性。
反觀Digital Twin，則充分運用物理模型、感測器資料更新，輔以歷史運行數據，並集成多種維度的模擬過程，在虛擬空間中完成映射，進而更能確實反應出實體物件的全生命周期歷程。
比方說，一個廠房或產線在尚未建構完畢時，即可先行建立數碼模型，舉凡3D布局、設備排布、產線規劃、人因工程模擬與作業研究等因素皆可納入其中，繼而透過虛擬空間，針對廠房或產線進行預先模擬，假使察覺動線不良、產能不佳或可能造成人員傷害等等不利因子，便可預先排除並修正。
同時把經過優化的參數，傳遞予實際建廠的工程團隊，而日後即使該工廠或產線正式啟用，在日常維運過程中，虛實世界兩端也能彼此進行信息交換。
值得一提的，隨著計算機運算能力增強、感測器價格下降、感測精準度攀高等正面因素加持，展望未來，許許多多事物皆可透過Digital Twin執行高精準度的模擬，使企業得以利用經濟實惠且又安全的環境，模擬各種流程改變可能產生的影響，甚至進一步將虛擬實境(VR)、擴增實境(AR)、混合實境(MR)乃至Digital Twin等不同技術概念，巧妙融合在一起，幫助企業研發團隊「身歷其境」推動各種創新探索。
就在去年(2016)，身處工業4.0概念發源地(德國)的西門子，便在其論壇活動中，針對Digital Twin做了絕佳演繹。該公司強調，透過Digital Twin可助企業縱向或橫向集成價值鏈，從而為工業生態系的建構、乃至工業4.0的實現，打造一條從上到下完整的實踐路徑。
更讓人嘖嘖稱奇的，西門子也將VR技術運用得淋漓盡致，於英國柴郡的一座工廠內安裝Virtalis虛擬實境軟體與系統，藉以實現組裝製程的模擬與優化，並提升概念設計的效率、有效執行工廠規劃，針對製程過程早期階段可能出現的種種問題，一併加以解決。
不僅如此，西門子除透過這套Virtalis VR系統，幫助這座英國工廠減少差錯外，更促進跨專業領域的大規模溝通，使得不論是生產工程師、測試工程師、生產管理者、生產作業員，甚至研發單位、機構部門、物流公司或外包商，都能在VR環境中共同作業，確保新產品研發專案的各個設計環節都趨於完善。
如果在虛擬世界中對產品進行前期的規劃、部署、模擬和驗證，那麼未來也就不需要花費高成本來驗證和調整，這將大大提升企業的生產效率，保證此後大規模生產的穩定性，並將整個企業的價值鏈有效疊加在一起，這就是西門子和客戶真正關注的。
2Digital Twin加VR 揮灑彈性製造效益
總而言之，虛擬實境、Digital Twin等技術之於工業界的運用範圍相當廣闊，從虛擬廠區布置、虛擬原型、網路虛擬製造、虛擬裝配，一直到虛擬工廠的建立等，皆擁有很高的利基優勢。
Santa Cruz是一家美國自行車公司。像絕大多數產品一樣，從最初在CAD環境下進行設計，到出廠進入消費者手中，廠家很少能夠再獲得產品的任何實際使用情況，這也是目前最常見的產品流程——沒有反饋、改進的單向流程。
接下來看下這家自行車公司如何通過「Digital Twin」4步打通物理、數字世界,從中或許可以幫助大家感性了解智能互聯對傳統工廠產生的翻天覆地變化。
傳統自行車測試、維修只能手動拆卸
掃描條碼，實時感測數據即通過AR、Digital Twin技術疊加顯示在屏幕上
專家解釋，伴隨工業生產技術進步，不少製造企業為了提升競爭力，紛紛把原本單一生產的機台模式，轉變為多台機械連線的自動化生產模式，並結合計算機控制，滿足少量多樣的彈性化生產需求，組合為多數業者並不陌生的彈性製造系統(FMS)。
然而一套FMS個中涵蓋多個自動化島(Islands of Automation)，由多台CNC加工機、搬運設備(例如無人搬運車、輸送帶、機械手臂)、倉儲系統與監控計算機等單元共同組成，可想而知，意欲維運FMS，少不得需要投注大量金錢與人力資源，且可能衍生莫大風險。
為了兼收趨吉避凶、撙節成本等多重效益，近年來部份企業已結合FMS、VR與Digital Twin等不同系統與技術，構築一套虛擬彈性製造系統，讓使用者可透過互聯網從遠程操控系統，譬如藉由CAD/CAM軟體將繪製好的工件圖形轉為NC碼，接著把NC檔案傳送到伺服器，進而匯入虛擬彈性製造系統，實現整個系統加工作業，達到虛擬製造目標。
專家一併提醒，儘管Digital Twin對於製造業而言，算是富含魅力的應用模式，但不宜將之窄化為只是一套「構型管理工具」、「製成品的3D尺寸模型」或是「製成品的模型定義(MBD)」。
它主要是透過內嵌的綜合健康管理系統(IVHM)，再集成感測器資料、歷史維運資料，經由大數據挖掘出來的高值化信息，因而可持續預測裝置、設備或系統的健康狀態、剩餘使命壽命，甚至是執行任務的成功機率，亦可預先洞察潛在的安全事件，顯示這些裝置、設備或系統的未知問題。
更有甚者，製造企業一經採用Digital Twin，也可能透過啟動自愈機制或建議修改任務參數等方式，針對有疑慮的裝置、設備或系統進行降級，以便將可能的損害降低到最輕微程度，等於把邁向工業4.0目標的路障，予以有效排除。
來源：電子發燒友。原標題：數字雙胞胎象徵CPS虛實融合技術 數字雙胞胎加VR 揮灑彈性製造效益。免責聲明：本文系網路轉載，版權歸原作者所有。如轉載涉及版權等問題，請發送消息至公號後台與我們聯繫，我們將在第一時間處理！
