数字孪生制造
（一）现状
近年来，制造业在逐步走向智能化。数字孪生体作为制造业智能化的核心技 术之一，受到了越来越多的关注和研究。根据前文所述的数字孪生体发展阶段， 数字孪生体已经经历了技术准备期、概念制造期和预先应用期，在制造业的多个 领域取得了一定的技术积累和预先应用。
自从有了诸如CAD等数字化手段后，数字孪生体技术已经开始萌芽。有了 CAE仿真手段，研究手段从计算机简单辅助向自动化转变，数字虚体和物理实体 走得更近。有了系统仿真，研究对象从简单物体向复杂系统转变，虚拟实体更像 物理实体。直到有了比较系统的数字样机技术，研究目标从单体动力学向多体动 力学转变，研究形式从静态向动态转变。随着数字孪生体技术的不断发展，数字 孪生体逐步迈向大规模扩展应用期。
目前数字孪生体正在与人工智能技术深度结合，促进信息空间与物理空间的 实时交互与融合，通过在信息化平台内进行更加真实的数字化模拟，实现更广泛 的应用。将数字孪生体与机器学习框架相结合，数字孪生体可以根据多重的反馈 源数据进行自我学习，从而实时地在数字世界里呈现物理实体的真实状况，并能 够对即将发生的事件进行推测和预演。数字孪生体的自我学习除了可以依赖于传 感器的反馈信息，也可通过历史数据，或者云平台的数据学习。
（二）综述
实现数字孪生体是一系列使能技术的综合应用。在产品生命周期的不同阶段, 有不同的主流技术应用于数字孪生体。本章首先给出数字孪生制造的参考架构， 描述通用使能技术在数字孪生制造体系中的地位和作用，介绍数字孪生体在制造 领域特有的关键技术，最后阐述数字孪生体在制造业的典型应用场景和案例。
在制造领域，一些传统的技术，如CAD和CAE,天然就是为物理产品数字化 而生。一些新兴技术，如Al、AR、loT,也为更逼真、更智能、更交互的数字挛 生体插上了翅膀。可以预见，数字孪生体在研发设计和生产制造环节将会起到越 来越大的作用，成为智能制造的基石。
在产品的设计阶段，使用数字孪生体可提高设计的准确性，并验证产品在真 实环境中的性能，主要功能包括数字模型设计、模拟和仿真。对产品的结构、外 形、功能和性能（强度、刚度、模态、流场、热、电磁场等）进行仿真，用于优 化设计、改进性能的同时，也降低成本。在个性化定制需求盛行的今天，设计需 求及其变更信息的实时获取成为企业的一项重要竞争力，可以实时反馈产品当前 运行数据的数字孪生体成为解决这一问题的关键。曾经在试验科学中广为应用的 半实物仿真也将在数字孪生体中发挥重要作用。
在产品的制造阶段，使用数字孪生体可以缩短产品导入时间，提高设计质量, 降低生产成本和加快上市速度。制造阶段的数字孪生体是一个高度协同的过程, 通过数字化手段构建起来的数字生产线，将产品本身的数字孪生体同生产设备、 生产过程等其他形态的数字孪生体形成共智关系，实现生产过程的仿真、参数优 化、关键指标的监控和过程能力的评估。同时，数字生产线与物理生产线实时交 互，物理环境的当前状态作为每次仿真的初始条件和计算环境，数字生产线的参 数优化之后，实时反馈到物理生产线进行调控。在敏捷制造和柔性制造大为盛行 的今天，对多个生产线之间的协调生产提出更高要求，多个生产线的数字孪生体 之间的“共智”将是满足这一需求的有效方案。