數(shù)字孿生體（Digital Twin）是一個(gè)較新的概念，目前它主要被行業(yè)人士應(yīng)用到較為抽象的描述中，例如，美國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟（IIC，Industrial Internet Consortium）和開源工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟（Openii Consortium）都對(duì)數(shù)字孿生體比較關(guān)注。

按照工業(yè)4.0研究院數(shù)字孿生體研究中心（DTRC，Digital Twin Research Center）設(shè)計(jì)的數(shù)字孿生體系（DTS，Digital Twin System），它主要分為物理孿生體（PT，Physical Twin）和數(shù)字孿生體（DT，Digital Twin）。

本文嘗試對(duì)機(jī)床領(lǐng)域的數(shù)字孿生體應(yīng)用做一定分析。

在學(xué)術(shù)研究領(lǐng)域，Altintas等人對(duì)機(jī)床領(lǐng)域的數(shù)字化研究比較深入，不僅涉及到虛擬機(jī)床（Virtual Machine Tool），還涉及到虛擬加工（Virtual Machining），這兩個(gè)部分是數(shù)字孿生體在機(jī)床領(lǐng)域的核心應(yīng)用。

機(jī)床的數(shù)字孿生體應(yīng)用示例

對(duì)于虛擬機(jī)床的情況，2005年Altintas在CRIP上發(fā)布了Virtual machine tool一文，對(duì)相關(guān)領(lǐng)域進(jìn)行了深入的論述。后續(xù)不少商業(yè)軟件對(duì)相關(guān)場(chǎng)景進(jìn)行了開發(fā)，形成了完整的商業(yè)軟件解決方案，例如，MATLAB、ANSYS等軟件都提供相關(guān)功能。

接著在2014年，Altintas在CRIP上發(fā)布了Virtual process systems for part machining operations，闡釋了虛擬加工的多種場(chǎng)景，包括切削力、扭矩、驅(qū)動(dòng)、穩(wěn)定度和震動(dòng)等指標(biāo)。目前的現(xiàn)狀是，各種應(yīng)用對(duì)于機(jī)械加工的場(chǎng)景進(jìn)行了較好的數(shù)字化，但還缺乏單一的系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)所有解決方案。

ECOMATION提供的能源數(shù)字孿生體管理

除了Altintas關(guān)注的虛擬加工和機(jī)床，數(shù)字孿生體還可以在機(jī)床生命周期方面發(fā)揮作用，例如，能源消耗管理、部件的生命周期等，機(jī)床領(lǐng)域的專家進(jìn)行了詳細(xì)的研究，歐盟也對(duì)相關(guān)項(xiàng)目進(jìn)行了支助，例如，ECOMATION、ESTOMAD（Energy Software Tools for Sustainable Machine Design）等。

與國(guó)內(nèi)系統(tǒng)級(jí)的解決方案不同，ECOMATION的解決方案從機(jī)床到部件級(jí)別的能源消耗都有跟蹤，形成了真正的數(shù)字化解決方案。據(jù)工業(yè)4.0研究院觀察，德國(guó)寶馬公司、戴姆勒等汽車企業(yè)就在做類似的能源管理應(yīng)用。

Mikel Armendia、Aitor Alzaga等人針對(duì)機(jī)床的數(shù)字孿生體應(yīng)用撰寫的論文表示，之所以采用數(shù)字孿生體來對(duì)機(jī)床進(jìn)行管理，是因?yàn)殡S著機(jī)床數(shù)字化程度加深，傳統(tǒng)的管理辦法不太有效，特別是信息物理系統(tǒng)（CPS，Cyber-Physical Systems）的方法。

數(shù)字孿生體可以獲得機(jī)床和使用過程的全方位信息（holistic information），這使得工業(yè)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用成為可能，簡(jiǎn)單地講，機(jī)床領(lǐng)域的數(shù)字孿生體應(yīng)用具有以下好處：

1. 通過對(duì)實(shí)際機(jī)床的監(jiān)測(cè)獲得數(shù)據(jù)反饋，可以不斷優(yōu)化數(shù)字孿生體，簡(jiǎn)單地講，數(shù)字孿生體可以結(jié)合到物理孿生體反饋回來的數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)別的改進(jìn)。

2. 通常情況下，生產(chǎn)系統(tǒng)的部署花費(fèi)的時(shí)間會(huì)影響產(chǎn)品的上市時(shí)間，如果應(yīng)用數(shù)字孿生體，可以實(shí)現(xiàn)所謂虛擬委托（virtual commissioning），這樣的做法可以減少裝備系統(tǒng)的部署時(shí)間。

3. 在對(duì)設(shè)備進(jìn)行保養(yǎng)修理等過程中，數(shù)字孿生體可以用來提升設(shè)備健康管理能力，利用大數(shù)據(jù)對(duì)虛擬設(shè)備（數(shù)字孿生體）進(jìn)行訓(xùn)練，從而提升物理孿生體的應(yīng)用效果。

4. 通過把數(shù)字孿生體集成到控制系統(tǒng)中去，從而更為方便優(yōu)化機(jī)床的性能。

工業(yè)4.0研究院數(shù)字孿生體研究中心通過過去兩年時(shí)間的研究，得出了與Mikel Armendia等人類似的結(jié)論，那就是在機(jī)床領(lǐng)域的數(shù)字孿生體應(yīng)用，缺乏統(tǒng)一的思路和方法，主要以非標(biāo)的個(gè)性化試驗(yàn)為主，國(guó)內(nèi)一些參與機(jī)床或生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)字孿生體應(yīng)用的案例，也大都如此。

接下來要進(jìn)一步推進(jìn)數(shù)字孿生體在機(jī)械或機(jī)床領(lǐng)域的應(yīng)用，應(yīng)該盡量系統(tǒng)化一些，不應(yīng)該只停留在試驗(yàn)或可控的環(huán)境，這樣才可能有較大的突破。