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0 前沿 Digital Twin这个名词这些年和人工智能、工业互联网、大数据、云计算这些热词一样，风靡于各大国内外知名论坛、峰会、学术期刊。百度了一下，从可以找到的书面证据来看，2011年3月美国空军研究实验室（AFRL，Air Force Research Laboratory）做的一次演讲，明确提到了Digital Twin，是最早的提出机构。 2013年4月，德国政府在汉诺威工业展，正式提出工业4.0，最近6～7年，又把Digital Twin推上了风口浪尖上。或许由于Digital Twin自带了诸多神秘属性，所以大家还对他充满了足够的好奇心，时至今日，还有很多专家学者还在不断研究Digital Twin。今天，结合这么些年主机厂研发领域、制造领域的工作经验，谈谈Digital Twin在汽车行业的应用是个什么样子。Digital Twin，被大家接受的中文翻译有两种：数字孪生、数字双胞胎。 百度了一下Twin和Twins的定义，Twin是单数，双胞胎里面的一个，Twins是复数，双胞胎。我读初一时，英语课本有句话说：“Lucy and Lily are twins”。所以从字面意思来解读，Digital Twin是虚拟模型，Physical Twin是指实体对象，Digital and Physical are twins, 即虚和实是一对双胞胎，因此Digital Twin单纯从包含的内容来讲是不包含实体对象，但Digital Twin的存在必须依赖于Physical Twin，如果只有虚拟模型，最终没有对应的实体对象，那这个虚拟模型就不能称为Digital Twin，因为不能构成twins。 Digital Twin，目前较为主流的解决方案供应商有西门子、达索、PTC这业界领先的PLM解决方案提供商，对制造企业来说，核心还是交付高质量产品，Digital Twin源头也是从产品设计开始，下表1是业界三家主流厂商对Digital Twin发展路线的定义： 2 产品全生命周期价值链与Digital Twin 抛开之前阅读的大量的有关Digital Twin的技术性文章，今天，结合汽车行业产品全生命周期价值链视角，站在甲方的角度谈谈我心目中Digital Twin的样子，不一定对，但的确代表了内心最真实的思考。 图1：产品全生命周期价值链与Digital Twin映射关系在决定写Digital Twin这篇文章前，我感觉自己还蛮适合的，我个人的工作履历感觉就是围绕产品全生命周价值链而展开的，一方面具有多年乙方PLM项目经验，另一方面也具有多年甲方研发领域、制造领域的项目经验，由于还缺一块售后服务领域项目经验，所以售后服务Digital Twin，本文不展开讨论，因为缺乏实际项目经验，不能感同身受。3.1 数字化产品开发双胞胎Digital Product Twin产品开发的交付目标是高质量的产品设计，包含最直观的产品3D数模，以及支撑3D数模的设计规格书、软件程序等一系列交付物，在没有3D和仿真技术前，工程师在设计的过程中，只能依靠自己的经验，设计的是否合理只能通过实物验证的方式来判定，因此整个产品的开发周期会变的特别漫长。 随着先进设计工具和仿真工具发展，DRE可以使用3D软件进行辅助设计，CAE工程师、MESE前期同步工程师可使用相关的仿真软件对产品性能、耐久、碰撞、等产品质量设计目标及工艺可制造性进行分析验证，并通过同步工程不断反馈给DRE工程师进行在下一个迭代版本中修正，以便产品数据最终发布时，产品质量是满足设计要求，工程最终交付的产品BOM，就是对应最终实物造车的一个Digital Product Twin，因为最终实物造车就是按照这个产品模型来实现的，包含采购零件的定点、供应商物料需求计划、财务的整车核价、物流工程的PFEP、ME的工艺规划、现场的物料拉动、线旁的物料防错、质量的关键件追溯等一系列业务活动都需要围绕这个产品BOM来展开。沃尔沃的整车开发流程把工程数据发布节点划分为Concept、V0、 V1、V2、FDJ，FDJ前，VE、CAE和ME部门协同开发、验证，从而缩短产品开发周期。目前在汽车行业，基本Digital ProductTwin基本都是CAD结构，基本没有BOM是可视化的，目前很多产品数字样机DMU(Digital Mockup)分析都只能依靠CAD，相对于CAD,BOM可视化的好处： - 可以基于BOM做DMU，所见即所得，提升BOM完整性验证；
BOM才是最终和现场实物装车物料是一一对应的；
国内某知名自主汽车品牌，之前实施企业级BOM项目，项目Kick off其中两个核心的业务目标，一个是BOM的可视化，另外一个是以BOM为主数据平台，打通上下游物料和BOM数据的集成，后来BOM可视化没能实现。 如果你要问我，如何判定Digital Product Twin是否已实现，我认为产品制造BOM的可视化是一个很重要的衡量标准，尤其随着配置、用户个性化定制需求越来越多，针对每一个用户选择的订单，真正和最终实物一致的那个Digital Product Twin的载体，应该是Visualized BOM。 Digital Product Twin必须吗？回答是否定的。没有Visualized BOM，VE/CAE/ME分析基于CAD,BOM的质量可借助一些BOM行的属性，如UPC/FNA。 那市面上没有Visualized BOM产品吗？答案是否定的。但是，这些产品往往都是比较理想的状态，比方说，要求你CAD结构尽量少调整，变更尽量少，。。。，就如某厂商的BOM产品，当我第一次按照DEMO样例的操作步骤，step by step做完一辆包含99个零件的模拟小车CAD-BOM Alignment时，我两眼直冒金花，我当时就在想，我们的工程师会这么耐心、细心用这个功能吗？3.2 数字化工艺开发双胞胎 Digital Process Development Twin西门子“数字孪生+”阶段把Digital Twin分为Product Twin，Production Twin，Performance Twin，Product Twin和Performance Twin比较容易理解，Product Twin产品设计的Twin，Performance Twin体现生产运营的Twin，感觉Production Twin翻译成生产的Twin是不是不如翻译成工艺开发的Twin会更合适呢，我们来看看工艺开发部门的相关职责、交付和目标。 工艺开发主要职责： - 同步工程，对接工程部门，基于MR需求，验证产品可制造性；
- 工艺开发，工厂布局layout，工艺BOP开发，工艺文件开发等；
- 设备工装开发，设备采购、设备设计（一般外包）、设备现场安装调试；
工艺开发交付物： 工艺开发目标： - 设备、工装夹具能够正常运行，满足投产生产要求，并达到量产爬坡的可靠性和稳定性；
基于上述的职责、交付物以及目标，在没有仿真工具之前，很多工作都需要现场来调试和验证，这样有几个缺点： - 现场安装、调试验证成本投资高，而且实物验证的次数也会受到限制；
- 像产能的节拍、线旁料架的摆放、物料的配送路线很多复杂的运筹学问题，单纯依靠实物来验证，也很难达到局部最优解。
伴随着仿真技术的发展，工艺开发全过程引入了虚拟仿真和虚拟调试技术： - 工艺虚拟仿真Process Simulation；
- 虚拟调试 Virtual Commissioning；
虚拟仿真和虚拟调试基于3D模型，这里就经常大家提到的3D数字化工艺开发3PR，Product、Process、Plant、Resources。 在这个环节，最具核心竞争力的，如何通过虚拟环境设计出一个最优的实物工厂，即实物工厂可以直接按照虚拟工厂的模型来设计。好比如你要盖一栋别墅，别墅最后的品质其实从很大程度上取决于你请的设计师设计的图纸，如果没有大量的仿真，很多工艺开发的参数只能依靠人的经验来输入。基于上述论证，大量工作都是工艺开发的工作，尤其是虚拟环节的开发工作，所以个人觉得还是翻译成Digital Process Twin更合适。因为这个环节的目标是交付一个高质量的，可满足TT、PP及量产造车的工厂。汽车行业在3D工艺设计，数字化工厂这块用的比较多的产品是西门子的PDPS和达索的DELMIA，但都有各自优缺点,具体不同冲、焊、涂、总工艺的专业性的仿真软件那就有很多了，具体产品的功能这里就先不展开讨论了。 3.3 数字化生产运营双胞胎 Digital Operation Twin 假如3.1和3.2都做到了，那基本上到3.3，应该有一个和实物工厂1：1的数字化模型了，那在生产运营阶段，DigitalTwin还有什么用处呢？从业务的角度，生产运营阶段有两个核心的业务和DigitalTwin相关的： 正是基于上述两点需求考虑，我觉得Performance Twin修订为Operation Twin更合适，因为这个阶段更focus在运营，不仅是Performance，定义为Operation Twin更容易与业务的实际阶段吻合。如果有Operation Twin，如扩充产线、线平衡、机器人程序调整等等，都可以基于这个Operation Twin验证完，再去现场改实物，在这个角度其实和3.2讲的Process Twin定位基本类似，只是从业务角度，所处的阶段不同罢了。我看一些做IIOT平台的供应商，比较喜欢把IIOT数据采集和数字孪生绑在一起，其实单纯从IIOT数据采集来说，没有Digital Twin也是可以的，无非最终这些采集的数据最终呈现给用户的方式是什么，是与现场1：1的3D模式，还只是一些类似Power BI、文本或者其他的非3D模式。当然如果企业已经有了Operation Twin，通过IIOT把现场和车辆过点的信息、设备相关的数据都采集上来，然后基于3D可视化的方式展示出来，实现管理人员不去现场，可以通过Operation Twin知道现场的实际生产运营情况。比如总装底盘线上的某个车，你可以知道当前这个车的订单交付状态。 5 总结 Digital Twin本身不是一个很神奇的东西，本文围绕了产品开发全生命周期3种Twin展开了一下描述，这也是和我个人项目经历非常强相关的3种Twin形态，但非常遗憾的是，从未交付过一个满意的Twin，尤其当年前做Digital Product Twin (VisualizedBOM)，经常因各种原因忧虑，最终好像还是失败了。直到今天为止，在我脑子里面还有一个问题未能关闭，可视化BOM能做成吗？在我们的身边，有很多很多的Digital Twin，产品全生命周期Twins、供应链管理Twins、智慧园区Twins、智慧城市Twins等等，或许这就是西门子“数字孪生++”阶段综合数字孪生吧，Twins无处不在。Digital不是目标，只是一种手段。回到制造业，通过数字化的手段使得最终的物理实体“质量”最优，这才是Digital Twin的核心价值。如何尽量发挥3种Twin的潜在价值，有一件事情是非常重要的，加强仿真在业务流程中的职责和培养数字化仿真技术人才，让潜在的质量问题消灭在生产制造前期。
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