原标题：基于数字孪生的工艺设计与优化

数字孪生是一种集成多物理、多尺度、多学科属性，具有实时同步、忠实映射、高保真度特性的技术手段，面向产品全生命周期过程，发挥连接物理世界和数字世界的桥梁和纽带作用，提供更加实时、高效、智能的服务。

工艺设计中的数字孪生技术

数字孪生技术可以应用在工艺设计中产品的设计研发、生产制造、运行状态监测和维护、后勤保障等各个阶段。

在产品设计阶段 ，数字孪生技术可以将全寿命周期的产品健康管理数据的分析结果反馈给产品设计专家，帮助其判断和决策不同参数设计情况下的产品性能情况，使产品在设计阶段就综合考虑了后续整个寿命周期的发展变化情况，获得更加完善的设计方案。

在产品生产制造阶段 ，数字孪生技术可以通过虚拟映射的方式将产品内部不可测的状态变量进行虚拟构建，细致地刻画产品的制造过程，解决产品制造过程中存在的问题，降低产品制造的难度，提高产品生产的可靠性。

产品运行过程中 ，数字孪生技术通过高精度传感器的采集和传输产品的各个运行参数和指标，使用高性能计算对融合模型进行监测和评估，对系统的早期故障和部件性能退化信息进行详细反馈，指导产品维护工作和故障预防工作，使产品能够获得更长的寿命周期。

后勤保障过程中 ，由于有多批次全寿命周期的数据作支撑，并通过虚拟传感的方式能够采集到反映系统内部状态的变量数据，产品故障能够被精确定位分析和诊断，使产品的后勤保障工作更加简单有效。通过将数字孪生技术应用到产品生产的整个生命周期，产品从设计阶段到最后的维修阶段都将变得更加智能有效。

基于数字孪生的工艺设计体系框架

数字孪生驱动的工艺规划指通过建立超高拟实度的产品、资源和工艺流程等虚拟仿真模型，以及全要素、全流程的虚实映射和交互融合，真正实现面向生产现场的工艺设计与持续优化。

在数字孪生驱动的工艺设计模式下，虚拟空间的仿真模型与物理空间的实体相互映射，形成虚实共生的迭代协同优化机制。数字孪生驱动的工艺设计模式如下图所示。

建立虚拟空间的数字孪生模型，需要结合规范化需求、概念模型及其架构，来进行模型的规范化设计。在规范化设计完成之后，就可以用类似 Arena、Simio等仿真软件，或者C、C++、Java或Python等编程语言来开发可执行的仿真子模型。当把所有子模型实现并集成起来后，就形成了完整数字孪生模型。

在虚拟空间建立产品结构、工艺结构、资源结构的树形结构层次，构建面向过程的虚拟空间。 考虑现场工艺执行情况，在虚拟空间进行待加工产品的加工工艺规划。完成详细的工艺内容设计，进行加工工艺仿真。

首先对仿真需求进行分析，确定模型构建的基本要求。 接着，通过概念建模、架构设计、模型设计、模型实现和集成共5个步骤完成模型的构建。 在构建过程中需要不断反向迭代，看是否每一步都满足前置需求。

基础模型构建完毕后生成仿真结果，与现实系统比对，并根据采集到的实时数据进行同步更新。 当系统发生重大变革或模型被重用时，数字孪生将演化生成新版本的模型。 所有生成的模型、过程模型与格式化的需求都会存入模型库/云池等待被重用。

数字孪生驱动的工艺设计模式使工艺设计与优化呈现出新的转变：

① 在基于仿真的工艺设计方面，真正意义上实现了面向生产现场的工艺过程建模与仿真，以及可预测的工艺设计；

② 在基于知识的工艺设计方面，实现了基于大数据分析的工艺知识建模、决策与优化；

③ 在工艺问题主动响应方面，由原先的被动工艺问题响应向主动应对转变，实现了工艺问题的自主决策。

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来源：智造苑；《智能工艺设计》 返回搜狐，查看更多