環(huán)顧全球，數(shù)字孿生智慧工廠正成為諸多汽車廠商熱捧的“香餑餑”。
當(dāng)前，寶馬、通用汽車、奔馳等跨國車企都在與英偉達(dá)合作，利用其Omniverse平臺(tái)打造數(shù)字孿生工廠。近日，寶馬宣布，會(huì)將英偉達(dá)元宇宙數(shù)字孿生方案陸續(xù)拓展至全球范圍的工廠中，并計(jì)劃在2025年正式運(yùn)營數(shù)字版本的工廠；而雷諾正在利用西門子和達(dá)索公司的技術(shù)創(chuàng)建實(shí)體工廠的數(shù)字孿生版本，以便為新的生產(chǎn)線建模，包括為機(jī)器人編程和在虛擬世界中進(jìn)行安全檢查。
　車企熱捧數(shù)字孿生
在工業(yè)化領(lǐng)域，數(shù)字孿生指的是通過將工廠設(shè)備、生產(chǎn)流程等物理實(shí)體建模成數(shù)字形式，并進(jìn)行仿真優(yōu)化來提高生產(chǎn)效率和降低成本。“數(shù)字孿生是物理世界與數(shù)字空間的交互體系。”工業(yè)4.0研究院院長、數(shù)字孿生體聯(lián)盟理事長胡權(quán)在接受《中國汽車報(bào)》記者采訪時(shí)表示，數(shù)字孿生在汽車行業(yè)的應(yīng)用非常廣泛，涉及汽車及零部件研發(fā)、制造和個(gè)性化服務(wù)等多個(gè)環(huán)節(jié)，在汽車企業(yè)研發(fā)及制造環(huán)節(jié)的應(yīng)用方興未艾。
數(shù)字孿生工廠，即通過數(shù)字技術(shù)、3D建模技術(shù)等，將實(shí)體工廠的產(chǎn)品生產(chǎn)流程、運(yùn)行狀態(tài)、生產(chǎn)進(jìn)度等實(shí)時(shí)映射在虛擬世界中，方便管理和監(jiān)測(cè)。近年來，數(shù)字孿生技術(shù)在汽車行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，尤其在汽車生產(chǎn)的智能制造領(lǐng)域，成為特斯拉、大眾、通用汽車、現(xiàn)代、領(lǐng)克等多家國內(nèi)外車企布局的重點(diǎn)。
去年6月開業(yè)的華晨寶馬生產(chǎn)基地大規(guī)模升級(jí)項(xiàng)目（里達(dá)工廠），是寶馬集團(tuán)第一座全面采用虛擬仿真數(shù)字孿生技術(shù)的工廠，從設(shè)計(jì)之初就完全在虛擬空間進(jìn)行規(guī)劃和模擬，包括廠區(qū)布局、建筑設(shè)計(jì)、生產(chǎn)線規(guī)劃以及設(shè)備測(cè)試，都實(shí)現(xiàn)了數(shù)字孿生虛擬化，堪稱全球汽車制造業(yè)的元宇宙工廠。虛擬世界和現(xiàn)實(shí)世界的融合，不僅縮短了規(guī)劃時(shí)間，還實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程維護(hù)和實(shí)時(shí)協(xié)作。
“10年前甚至5年前，‘數(shù)字孿生’還是一個(gè)相對(duì)陌生、拗口的詞匯，但伴隨著數(shù)字孿生工廠迅速升溫，它逐漸成為一個(gè)‘潮詞’。”北方大數(shù)據(jù)與人工智能研究院研究員曾文翔在接受《中國汽車報(bào)》記者采訪時(shí)談道，全球車企之所以熱捧數(shù)字孿生技術(shù)，是因?yàn)閿?shù)字化可以極大地提升工廠的生產(chǎn)效率和管理水平，達(dá)到事半功倍之效。
助力打造可視化工廠
沖壓、焊接、噴涂、總裝……現(xiàn)代化汽車工廠的自動(dòng)化、智能化程度越來越高，各類系統(tǒng)的部署、軟硬件的綜合應(yīng)用，使得工廠管理的重要性更加凸顯，而無論是人工巡視還是通過攝像頭監(jiān)控，都存在效率不高、統(tǒng)籌費(fèi)勁的問題。
“數(shù)字孿生及工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，是破解這一難題的利器。”華南理工智能感知與控制工程研究中心研究員張睿林向《中國汽車報(bào)》記者介紹，數(shù)字孿生技術(shù)可將儲(chǔ)存的數(shù)字模型與工廠內(nèi)部的攝像頭、傳感器等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，以及運(yùn)營管理數(shù)據(jù)相結(jié)合，讓管理人員能從計(jì)算機(jī)大屏上實(shí)時(shí)掌握生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)進(jìn)度，計(jì)劃、目標(biāo)落實(shí)情況，以及生產(chǎn)的人員、設(shè)備、物料、質(zhì)量等相關(guān)信息，使得整個(gè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)完全透明化，不僅可以讓工廠隨時(shí)補(bǔ)充相關(guān)物料，而且可以全面優(yōu)化生產(chǎn)工藝流程。可以說，隨著工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化和數(shù)字化程度不斷提高，數(shù)字孿生應(yīng)用于智慧工廠是大勢(shì)所趨。
目前，奔馳已為德國拉斯塔特工廠創(chuàng)建了虛擬的數(shù)字孿生版本，該工廠計(jì)劃從2024年開始在奔馳MMA平臺(tái)上生產(chǎn)純電動(dòng)車型。通過使用數(shù)字孿生技術(shù)，奔馳可以在不影響現(xiàn)有生產(chǎn)的情況下對(duì)MMA平臺(tái)進(jìn)行全面測(cè)試，以提升效率；寶馬也為其德國雷根斯堡工廠構(gòu)建了數(shù)字孿生工廠iFactory，寶馬生產(chǎn)系統(tǒng)負(fù)責(zé)人米歇爾·梅爾奇奧雷對(duì)此表示：“數(shù)字孿生工廠減少了規(guī)劃工作和成本，能確保生產(chǎn)流程更高效、更穩(wěn)定。”
“3D可視化”、“透明工廠”是數(shù)字孿生工廠的直觀特征。“一汽新建的新能源汽車工廠占地面積78萬平方米，相當(dāng)于105個(gè)足球場(chǎng)。應(yīng)用1:1的數(shù)字孿生工廠實(shí)現(xiàn)了高效管理，節(jié)省了大量的人力、物力、財(cái)力。”阿里云汽車行業(yè)架構(gòu)師黃錚介紹，一輛汽車由上千類、數(shù)萬個(gè)零部件組成，該新能源汽車工廠生產(chǎn)過程有200多種生產(chǎn)工藝，每個(gè)車間的設(shè)備完全不同。與其他行業(yè)相比，汽車制造更加考驗(yàn)企業(yè)的管理能力。在數(shù)字孿生工廠中，從整個(gè)廠區(qū)、車間到每臺(tái)設(shè)備、每個(gè)操作的動(dòng)作，都可以實(shí)時(shí)映射在數(shù)字孿生系統(tǒng)上，體現(xiàn)了數(shù)字孿生對(duì)復(fù)雜生產(chǎn)系統(tǒng)的掌控力。
降本增效的“神器”
目前，在汽車產(chǎn)業(yè)加速變革的大背景下，數(shù)字孿生正以前所未有的速度走進(jìn)汽車及零部件制造領(lǐng)域。“幾乎所有汽車及零部件企業(yè)都在逐步應(yīng)用數(shù)字孿生技術(shù)，以提升研發(fā)效率、產(chǎn)品制造水平。”北京翼絡(luò)數(shù)字技術(shù)有限公司技術(shù)總監(jiān)劉繼業(yè)在接受記者采訪時(shí)表示，數(shù)字孿生擁有開放架構(gòu)，在汽車零部件設(shè)計(jì)制造中，很容易導(dǎo)入相關(guān)技術(shù)并實(shí)現(xiàn)融合，因?yàn)槊總€(gè)環(huán)節(jié)都可與數(shù)字孿生進(jìn)行整體數(shù)據(jù)交互，助其更好地實(shí)現(xiàn)智能化，從而在產(chǎn)品全鏈條甚至產(chǎn)業(yè)全鏈條上實(shí)現(xiàn)優(yōu)化。從這個(gè)意義上說，數(shù)字孿生具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。
而車企更為看重的是數(shù)字孿生技術(shù)帶來的降本增效成果。雷諾相關(guān)人士介紹，通過數(shù)據(jù)收集和標(biāo)準(zhǔn)化工作，數(shù)字孿生工廠能在平板電腦上將車間實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)可視化，并連接制造設(shè)備的可編程邏輯控制器、制造機(jī)器人和其他設(shè)備中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)工廠的可視、可控。目前，整個(gè)雷諾集團(tuán)有1萬多臺(tái)機(jī)器人，每天接受的數(shù)據(jù)就有10億組。雷諾預(yù)計(jì)，通過數(shù)字孿生搭建工業(yè)元宇宙，到2025年可節(jié)約3.2億歐元（目前1歐元約合人民幣7.33元）成本，車輛交付時(shí)間縮短60％，設(shè)備維修費(fèi)用節(jié)省60％。
“利用數(shù)字孿生技術(shù)，汽車制造商可以高效將一個(gè)內(nèi)燃機(jī)工廠改造成電動(dòng)汽車工廠，并在虛擬工廠中試裝新設(shè)備、培訓(xùn)工人適應(yīng)新工藝，并實(shí)時(shí)對(duì)工藝做出修改，以提高生產(chǎn)效率、節(jié)約成本。”曾文翔說。
幾乎所有跨國車企都在建設(shè)數(shù)字孿生工廠，國內(nèi)車企也都在追趕這一潮流。“我們計(jì)劃打造一個(gè)無處不在的數(shù)字技術(shù)賦能平臺(tái)，在未來數(shù)年內(nèi)將其發(fā)展成全行業(yè)數(shù)字化服務(wù)的世界級(jí)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，而數(shù)字孿生正是其中的基礎(chǔ)。”吉利汽車集團(tuán)高級(jí)副總裁、廣域銘島數(shù)字科技有限公司董事長劉向陽對(duì)《中國汽車報(bào)》記者說，汽車行業(yè)正從傳統(tǒng)賽道進(jìn)入到數(shù)字化“高速公路”，利用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和數(shù)字孿生技術(shù)，助力C2M（用戶直連制造）柔性定制，為汽車制造的個(gè)性化、定制化提供了基礎(chǔ)支撐。
　碳中和的“好幫手”
“雙碳”目標(biāo)已經(jīng)成為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的大勢(shì)所趨，而汽車產(chǎn)業(yè)是達(dá)成這一目標(biāo)的重要一極。
“提升汽車產(chǎn)業(yè)制造過程的效率，就意味著節(jié)能降碳。”曾文翔談到，數(shù)字孿生工廠打通了從研發(fā)、制造到產(chǎn)品、運(yùn)營和資產(chǎn)管理的各個(gè)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)汽車制造的全生命周期管理，讓數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)了“可視、可管、可控、可用”，促進(jìn)了整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同管理和全程優(yōu)化，從而在較大幅度節(jié)約時(shí)間、提質(zhì)增效的同時(shí)，也實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降碳。有研報(bào)顯示，在汽車制造行業(yè)，數(shù)字孿生可以將生產(chǎn)效率和產(chǎn)品上市時(shí)間縮短20％～30％，將節(jié)能減排效率提高40％。雷諾此前曾公布，在啟用數(shù)字孿生工廠后，其制造領(lǐng)域的二氧化碳排放量將減少50％。
目前，中國一汽在大制造領(lǐng)域，以業(yè)務(wù)體系數(shù)智化為基礎(chǔ)，以制造運(yùn)營數(shù)智化轉(zhuǎn)型為載體，以人員能力數(shù)智化轉(zhuǎn)型為助力，打造“一汽制造數(shù)字孿生體”：對(duì)車輛、設(shè)備、生產(chǎn)線和工廠等核心要素的數(shù)字孿生，構(gòu)建數(shù)字孿生工廠與數(shù)字化車間，對(duì)整個(gè)制造過程實(shí)時(shí)映射、動(dòng)態(tài)感知和分析優(yōu)化，以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)管理和決策，實(shí)現(xiàn)卓越制造和效能增長，節(jié)能減排。
“博世、西門子等國外汽車零部件企業(yè)也在通過數(shù)字孿生技術(shù)構(gòu)建低碳工廠、零碳工廠。”張睿林介紹道，例如，西門子通過數(shù)字孿生，從數(shù)據(jù)中挖掘優(yōu)化路徑并驗(yàn)證節(jié)能減排路線圖及具體方案。在云端對(duì)產(chǎn)品、物流、工藝等孿生模型進(jìn)行迭代優(yōu)化，看流程調(diào)整后工廠的碳足跡會(huì)發(fā)生怎樣的變化，以此得出優(yōu)化結(jié)果并反饋到工廠車間的執(zhí)行端，以達(dá)到節(jié)能減排的目的。
“一切皆可數(shù)字孿生，數(shù)字孿生是通向零碳工廠的捷徑。”張睿林最后總結(jié)道，包括數(shù)字孿生在內(nèi)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，是汽車產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的方向。