关于数字孪生技术的研究论文范文

当下，企业正以多种方式使用数字孪生体技术。在 汽车 和飞机制造领域，数字孪生体技术逐渐成为优化整个产品制造价值链和创新产品的重要工具；在能源领域，油田服务运营商通过获得和分析大量井内数据，建立数字孪生模型，实时指导钻井和油气运输作业；在医疗保健领域，心血管研究人员正在为临床诊断、教育、培训，创造高仿真的人类心脏的数字孪生体；作为智慧城市管理的典型案例，新加坡使用详细的虚拟城市模型，用于城市规划、维护和灾害应急预警等项目。自从数字孪生概念提出以来，数字孪生体技术在不断快速演化，无论是对产品的设计、制造还是服务质量，都产生了巨大的推动作用。数字孪生体技术的普及应用将极大地推动企业在数字化、网络化两个层级的发展，助力企业加速数字化智能制造转型的进程，为企业实现数字化智能制造转型升级进行赋能。

数字孪生体技术在制造业中的快速发展和应用，不仅改变了制造企业的传统生产方式，也推动企业管理模式、组织形态的重构。

数字孪生体技术在制造业发展应用过程中主要体现了如下特点：

一是仿真镜像

在产品甚至是生产线和工厂正式制造、建造之前，就可以通过数字化设计、模拟和仿真出实体，输出3D、全息影像等形式的设计图纸和制造手册。仿真分析过程形成了完整的产品数字化虚拟档案，不仅仅包括产品的结构和功能，还包括了材料、工艺和流程，是制造材料、制造过程、制造结果三位一体的数字化信息集成，不仅仅是制造现状的描述和记录，还可以实现质量问题源头的追溯，例如某个电容是用在哪块电路板上等，还可以实现情景再现，例如模拟微型涡喷发动机的生产工艺流程规范是否科学、运行效果是否达标等。

二是动态映射

传统的数字化制造技术主要停留在仿真镜像阶段，没有实现制造过程中以及投入使用后，实体与虚体之间的数据交互。随着IoT技术的深入，通过实时智能传感和监测，可以捕捉到制造实体变化的动态信息，及时反馈到孪生虚体中进行记录和修正，通过计算和验证，降低风险减少误差，通过动态调整、虚实同步，实现产品全生命周期的相互孪生、共同成长。

三是质量预测

通过产品全生命周期大数据的积累和机器深度自主学习等技术的应用，及时发现制造环节和使用环节的错误和痛点，在孪生虚拟体上进行调整和验证，有效评估和提升产品质量管理水平，降低企业研发成本和生产成本。

同样数字孪生体技术在助力制造企业的数字化转型升级过程中，对企业质量管理业务领域也产生了极大的变化和影响：

基于IoT技术实现全面互联的产品开发制造生态圈，它使包括人员、产品、机器及有关系统实现质量信息无障碍流通；

IoT器件、芯片、信息流、人工智能植入传统产品硬件，大大提高了产品的功能，也对产品质量、可靠性和风险管理构成挑战；

除了传统的质量管理方法，很多高 科技 方法，如云计算、深入学习、人工智能、VR/AR进入实用，虽然功能强，但是错用，滥用风险高；

在制造过程中高性能的设备、仪器、元件增加，产生了新能力和新问题。比如精确、快速的3D扫描仪，可快速生成加工件精准电脑图像模型，可代替传统的点测量来进行质量管理，但同时需搞出"以图像为基础的质量管理过程"…

基于以上质量管理业务领域的变化和影响，也同时给企业的质量管理工作带来不一样的变化：

1、未来是个性化定制与服务的柔性生产时代，企业质量管理工作的重点不再是质量缺陷和失效的控制，而是客户价值的不断感知、满足和提升；

2、IoT、大数据、云计算、人工智能等数字孪生体使能技术的应用，实现了产品全生命周期各阶段信息的高效互联互通，同时也促使企业质量管理人员的队伍将扩展到IT部门、数据分析师、工业互联网平台管理者等；

3、在个性化定制生产服务下，产品质量更多体现在为终端消费者创造价值上，数字孪生工厂让客户全程参与产品的研发、设计、生产等过程，产品设计与创新从以企业为中心向以用户为中心转变，通过数字孪生体平台使越来越多的消费者参与产品创新，改变了传统质量需求模式；

4、企业质量管理人员的思路、能力和方法也将发生变化：

快速且高质量的处理海量客户信息的能力；

提高和满足客户感知价值的能力；

数据质量和数据的校准能力；

嵌入式系统的质量管理能力；

预测性质量控制与设备维护能力；

风险控制系统的管控能力；

…

随着新一代信息技术和数字技术的突飞猛进，让数字孪生成为可能，也让企业产品质量追溯、质量监测、质量预警、质量修复变得更加及时、精确和有效，实现了从实物追踪到虚拟镜像的 历史 性跨越，必将为企业产品质量评价或"客户价值感知"带来颠覆性的突破。个人理解，在数字孪生制造新业态下，未来企业质量管理的工作重点方向将有如下几个方面：

一、质量管理战略和规划

未来质量管理将不再是减少错误，而是如何为客户创造价值。面对未来需求个性化的发展趋势，企业质量战略的核心是数字孪生质量平台的打造，实现企业质量管理平台化。数字孪生技术的应用除了降低成本，还会导致市场竞争日趋激烈，产品同质化情况进一步加剧，马太效应进一步放大。在此情况下，企业质量战略和规划工作应先人一步，通过高质量口碑抢占先机，逐渐构建产业质量管理生态链，集生态链智慧，创造企业质量竞争优势。

二、产品技术与质量标准体系的构建

产品技术与质量标准体系是企业质量管理工具和方法选择的参考依据，也是一切质量管理工作执行的目标方向。特别是数字孪生技术应用给产品的全生命周期管理带来颠覆性的变化，因此各企业需要基于数字孪生制造技术的应用特点，构建适合及满足企业质量管理工作需求的标准体系。

三、数据建模及交互协同质量的控制

在产品研发、采购、制造、质量管理到交付的链条中，各链条的数据交互协同将会带来大量的挑战。它直接影响了最终产品的质量，也影响了产品全生命周期质量管理的效率。

随着数字孪生和增材制造等新技术的加入，数据类型更为丰富、数据容量几何级增长、数据交互的时效性要求更高、数据价值和应用分析的工具更为先进，同时也带来了对数据标准更新和工具更新的质量控制要求。以增材制造为例，研发和制造过程中的产品数据，动辄以G计算；由于传感器、机器视觉、人工智能和数字孪生的应用，数据传输过程也由传统单向低速控制指令，转变为控制指令和过程检测数据双向高速传输；而生产过程中积累的大量数据，除产品质量保证外，在其生命周期中的可靠性管理和预测性维护等领域，都将发挥重要价值。

对于数字孪生体和增材制造相关数据建模及交互协同控制等标准的制定，已成为ISO等国际标准化组织和我国十四五数字化制造的核心研究课题。

四、关键过程链的质量波动模拟建模与分析

在经济全球化和加速企业数字化转型升级背景下，市场竞争已经从企业间竞争变为基于关键过程链产品的质量竞争，企业对关键过程链的关注重点已经从传统的产品优化、成本优化，扩展到了质量保障、正向设计过程以及风险控制等各方面，关键过程链上的任何质量波动都可能为企业带来重大的经济损失和市场风险。因而，建立关键过程链的质量波动模型，使之能预测和控制可能的质量波动及其影响范围，是数字孪生制造新业态下产品质量管理的一个关键内容。

五、企业产品创新质量的精准控制

基于产品全生命周期数字孪生体的数据应用，可协助企业精准地锁定用户和表达用户需求，然后按照用户需求创新出一个新产品，通过数字孪生平台模拟测试并生产出来让消费者体验和价值感知，大幅度降低产品研发周期及实现产品的精准上市。这也是一种新的商业模式：在数字世界中对企业的生产流程进行模拟、优化，降低成本，提高效率。

六、产品使用过程的预测性维护质量管理

基于产品使用过程中大数据AI模型、机理模型、故障知识库深度融合，构建产品使用过程孪生体平台，让企业售后人员能够精准识别产品售后故障部件、故障模式、故障原因、故障等级及改善措施，并自动生成详尽的产品售后诊断报告。

以上是基于个人认识的简单思考，欢迎各位交流与指正！