制造企业迈向工业4.0的关键技术——数字孪生技术

数字孪生技术帮助企业在实际投入生产之前在虚拟环境中进行优化、模拟和测试，还可以在生产过程中同步优化整个企业流程，最终实现高效柔性生产、快速创新和开拓市场，锻造企业长期竞争力。

数字孪生技术是制造企业迈向工业4.0战略目标的关键技术，通过把握产品信息及其生命的数字化思维，链接产品创意、设计、制造规划、生产和使用的各个阶段循环过程，并连接到可以理解并对此信息做出反应的生产智能设备。

数字孪生将各种专业技术集成到一个数据模型中，将PLM（Product Lifecycle Management）、MOM（Production Operation System）和TIA（Total Integrated Automation）集成在一个统一的数据平台下，或者根据需要将供应商纳入平台实现价值链数据的整合，业务领域包括“产品数字孪生”、“生产数字孪生”和“运营数字孪生”。

在产品的设计阶段，使用数字孪生可以提高设计的准确性，验证产品在真实环境中的性能。

数字孪生 现阶段的关键能力包括：数字模型设计。利用CAD工具开发出符合技术规范的产品虚拟样机，准确记录产品的各种物理参数，并以直观的方式展示出来，通过一系列的验证方法来验证设计的准确性。

仿真与仿真。通过一系列可重复的、变参数的、加速的仿真实验，可以验证产品在不同外部环境下的性能和性能，并在设计阶段验证产品的适应性。

产品数字孪生。以需求为驱动，建立基于模型的系统工程产品开发模型，实现产品开发全过程的闭环管理。

产品系统定义。包括产品需求定义、系统级架构建模与验证、功能设计、逻辑定义、可靠性、五个设计特征（包括可靠性、可维护性、安全性、可测试性和支持）分析、故障模式和影响分析（Failure Mode and Effect Analysis、 FMEA）等。

结构设计模拟。包括机械系统的设计和验证。具体包括机械结构模型建立、多学科仿真分析（涵盖机械系统强度、应力、疲劳、振动、噪声、散热、运动、粉尘、湿度等分析）、多学科联合仿真（包括流固耦合、热电耦合、磁热耦合、磁热结构耦合等）和硬件在环仿真等。

3D生成式设计。衍生式设计是一种参数化建模方法。在设计过程中，当设计师输入产品参数时，算法会自动调整判断，直到得到最优设计方案。衍生式设计可以帮助设计人员优化零件的强度重量比，以模仿自然结构的发展方式，创造出最坚固的结构，同时最大限度地减少材料的使用。

电子电气设计与仿真。包括电子电气系统的架构设计与验证、电气连接设计与验证、电缆及线束设计与验证等。相关仿真包括信号完整性、传输损耗、电磁干扰、耐久性、PCB散热等分析。电气和电子系统。

软件设计、调试和管理。包括软件系统设计、编码、管理、测试等，同时支持软件系统管理和bug闭环管理的全过程。

设计全过程管理。系统设计全过程的管理与协同，包括设计数据与流程、设计仿真与流程、各种MCAD/ECAD/软件设计工具和仿真工具的集成应用与管理。