新冠疫情爆發(fā)之初，資金短缺、供應鏈中斷和勞動力短缺曾是制造業(yè)企業(yè)需面對的三項挑戰(zhàn)。從長期來看，近年來宏觀經濟受到的下行壓力需要一個恢復周期，制造業(yè)企業(yè)需要做好應對上述挑戰(zhàn)的準備。
由此，數字化所帶來的抗風險能力依然是現階段制造業(yè)企業(yè)對抗沖擊的核心競爭力。數字孿生的出現讓制造業(yè)企業(yè)數字化轉型變得更經濟和直觀，現階段的數字孿生應用已足以證明其巨大的潛力。
為瞄定當前制造業(yè)企業(yè)數字化轉型的新機遇，探究數字孿生賦能企業(yè)生產制造的潛力，物聯網智庫近日與施耐德電氣副總裁、亞洲區(qū)數字工廠業(yè)務負責人張軼進行了深入溝通。
施耐德電氣副總裁、亞洲區(qū)數字工廠業(yè)務負責人張軼
數字化轉型是制造業(yè)企業(yè)必爭之地
數字化轉型由來已久，在經歷長期基礎設施建設后，制造業(yè)企業(yè)數字化轉型的目標更為明確，需求更為迫切。整體來看，截至2022年12月，我國移動物聯網連接數就已攀升至18.45億戶，這些前期數字化和智能制造的鋪墊讓制造業(yè)聯網機器數量增多，并產生比以往更多的數據。這為企業(yè)數字化轉型打造了堅實的基礎，規(guī)模化的改造開啟了企業(yè)對于“數字浪潮”的認知，也提高了企業(yè)數字化轉型的意識。埃森哲2022年的調研數據顯示，近六成企業(yè)表示未來1-2年將加大數字化投資力度，其中計劃大幅增加(15%以上)的企業(yè)占比為33%，同比增加11%。
數據來源：《數字化轉型，可持續(xù)的進化歷程——2022埃森哲中國企業(yè)數字化轉型指數》
在張軼看來，上述長期鋪墊也塑造了現階段制造業(yè)呈現的三大趨勢——更多機器人，部署更先進的伺服技術讓制造過程更加柔性;更多數字化，即提升機器和生產線全生命周期的數字化程度，更高效地賦能生產運維;更多互聯互通性，如借助邊緣計算與云計算，進而實現數據分析、預測性維護和人工智能等應用。
談及如何將制造業(yè)數字化轉型的抗風險能力進行拆解，張軼認為：“數據仍是轉型的驅動核心要素，提質降本增效仍是轉型的根本目的，數字化、網絡化和智能化依舊是重要抓手。”張軼觀察到，伴隨消費結構升級，制造業(yè)企業(yè)個性化、定制化需求激增，工廠生產模式逐步從單一品種、大批量的“剛性生產”轉向多樣化、小規(guī)模、周期可控的“柔性生產”。
“新秀”數字孿生潛力巨大
“若要重新審視當下制造業(yè)數字化改造面臨的挑戰(zhàn)，則會發(fā)現企業(yè)們仍在掙扎于預算、工期等問題，錢和時間永遠是最根本的課題。”張軼提到。
調研數據顯示，制造業(yè)自動化企業(yè)反映，約有75%的項目超出最初的預算;30%項目因延期，增加了額外的成本并減少了銷售額;60%調試時間用于識別和消除控制軟件、協議和集成的問題。
“對于企業(yè)存在的產品迭代和上市周期長、系統(tǒng)調試日趨復雜等顧慮，如果能將生產流程前置化模擬，則可以大幅度消除。這與如今正成為方案供應商新寵的‘數字孿生’不謀而合。” 這也是張軼看好數字孿生發(fā)展?jié)摿Φ脑颉?/p>
簡單來講，數字孿生可以幫助企業(yè)在信息化平臺中建造一個與現實世界中物體、場景等完全一致的“克隆體”，在完成現實本體和“克隆體”的數據雙向對接后，企業(yè)最終可以達到通過虛擬世界，認知、分析、管理和操控現實的目的。
由此，張軼表示：“數字孿生是連接物理實體和數字模型的最佳紐帶。”在實際應用中，數字孿生可被用于產品生產制造的全生命周期。在正式生產之前，企業(yè)可以通過仿真模擬，在虛擬環(huán)境中驗證生產線的排產、生產環(huán)節(jié)，加速產品優(yōu)化;在產品正式投入使用后，企業(yè)也可通過工業(yè)互聯網收集報錯、產品更新等產品數據信息，進行針對性的、及時的閉環(huán)優(yōu)化。
“這就體現出了數字孿生最為重要的優(yōu)勢，也是‘全生命周期’的本質——數字孿生在研發(fā)、生產、銷售之后，依然會給予企業(yè)長線、閉環(huán)的反饋。”張軼總結道。
數字孿生價值貫穿產品全生命周期
數字化轉型正步入新的階段，張軼觀察到數字孿生的需求正在涌現。如今，制造業(yè)企業(yè)具備足夠強的轉型自驅力，市面上也涌現了一批數字化轉型方案供應商，助力降低企業(yè)數字化轉型的門檻。可以說，市場環(huán)境和企業(yè)自驅二者相向而行，也促成了數字經濟走深向實。
張軼以施耐德電氣曾在2022年推出的數字孿生產品——EcoStruxure?機器專家數字孿生軟件(EcoStruxure? Machine Expert Twin)為例進行解讀。該軟件作為適用于整個機器生命周期的可擴展數字孿生軟件套件，可用于創(chuàng)建真實機器的數字模型，以便在構建機器之前開始虛擬設計、虛擬調試和敏捷開發(fā)，從而實現機械、電氣和控制工作分配的并行工程。
從組成來看，該軟件包括集成了仿真和3D可視化的Visu、在有PLC控制器的環(huán)境下對機器進行仿真和控制功能測試的Builder以及允許訪問完整的Machine Expert Twin套件和底層.net 框架的Developer，后期還會有支持在無PLC控制器環(huán)境下創(chuàng)建機器模擬功能的Designer。該軟件支持各種復雜的應用，覆蓋單一設備到完整產線，其營造的直觀環(huán)境包含拖放式機電組件、虛擬現實/增強現實(VR/AR)界面和應用程序庫，能夠有效促進機器、電氣和控制任務的并行開展。
在上述模塊的支撐下，EcoStruxure機器專家數字孿生軟件橫跨從銷售、概念原型、設計到制造和運營的設備全生命周期——
銷售：通過將設計理念轉化為有說服力的動態(tài)銷售演示方案，該套件以可視化方式為客戶呈現最終產品。此外，其展示的設計細節(jié)有助于客戶改進和驗證產品原型，降低風險和質量成本，并加快產品上市時間。預計可節(jié)省35%的上市時間與10-20%的質量成本;
設計制造：該軟件覆蓋從設計到機器、電氣和控制全流程的數字化，支持虛擬測試策略和調試，可縮短工廠驗收測試周期(FAT)。在提升軟件質量的同時，加快試產擴量進程，并節(jié)約現場調試時間。經過測算，該方案可節(jié)省60%調試時間并提高軟件質量;
運維：該軟件基于機器維修、操作員培訓及進一步的改進和升級，在機器全生命周期內為原始設備制造商提供新的收入來源。借助該套件，原始設備制造商(OEM)能夠以虛擬方式改進和測試升級方案，減少機器停機時間。
張軼介紹，目前EcoStruxure機器專家數字孿生軟件已經在物流，包裝，裝配等行業(yè)投入使用。某物流公司使用EcoStruxure機器專家數字孿生軟件在項目前期快速構建物料搬運場景，如堆垛機，物料架，機器人等設備，驗證整體設計的合理性，提早規(guī)避各個部件的干涉，大大縮短了前期項目規(guī)劃設計的成本和風險;在電氣設計階段，該公司通過該軟件的仿真功能進行虛擬調試，在部件采購的同時開展控制器和PLC的程序調試，將現場調試次數從預計的7次降低為實際的2次，減少PLC程序重復修改的時間;在項目調試中，該公司在系統(tǒng)中實時投射現場的物流情況，幫助客戶及時發(fā)現和定位問題，縮短解決問題的時間;在項目交付后，該公司也能夠隨時無成本且靈活地驗證項目升級的各種可能性，也能快速進行新員工的培訓。
數字孿生是未來智能制造的趨勢
張軼認為，數字孿生能讓人們通過調控虛擬世界來指揮現實世界。最理想的狀態(tài)下，未來工廠生產的任何一款產品都會現在數字孿生系統(tǒng)上模擬，通過不斷調整參數、改變原料配比、改進生產方式及設計，最終在現實世界工廠中投入量產。
現如今，智能制造正在跨入新的階段，企業(yè)對于數字化工具產生了更具實際應用價值的需求。這也對所有的方案供應商提出了全新的挑戰(zhàn)，如何將制造業(yè)越來越豐富的應用場景和市場與更高的服務包容度、更低的使用門檻相結合，需要重新定義數字化工具。可以預見的是，數字孿生將會在未來的工業(yè)4.0時代大放異彩。
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