數(shù)位雙胞胎（Digital Twin）已連續(xù)三年被Gartner評(píng)選為10大策略科技應(yīng)用。一般大眾對(duì)於數(shù)位雙胞胎的理解，在於對(duì)實(shí)體模型及虛擬模型的建立以及分身，而Gartner對(duì)此提出了四項(xiàng)延伸說明：
*虛擬模型的健壯性，以及如何透過此模型來達(dá)成特定的業(yè)務(wù)成果
*與現(xiàn)實(shí)世界的連結(jié)性，是否可透過此模型達(dá)到即時(shí)監(jiān)控
*先進(jìn)的大數(shù)據(jù)分析和AI應(yīng)用帶來新興商機(jī)
*虛擬模型的互動(dòng)性以及如何評(píng)估其「假設(shè)場景」
也因此數(shù)位雙胞胎的虛擬分身，其核心除了具備模擬模型之外，與真實(shí)模型的連結(jié)是需要能夠被量化，而其量化的基礎(chǔ)可以被作為智慧化應(yīng)用，甚至建立新興商業(yè)模式。而歐洲工具機(jī)廠也在產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，導(dǎo)入數(shù)位雙胞胎技術(shù)，來活化加速機(jī)械產(chǎn)業(yè)中的生產(chǎn)流程，以及提供更多的商業(yè)模式。
以數(shù)位雙胞胎快速打造複雜CNC機(jī)臺(tái)
工具機(jī)產(chǎn)業(yè)為製造業(yè)之母，在2011年漢諾威展工業(yè)博覽會(huì)提出「工業(yè)4.0計(jì)畫」之後，各家歐洲大廠開始紛紛投入了智慧工具機(jī)的行列，更多的智慧化功能、IOT裝置以及AI功能導(dǎo)入了工具機(jī)當(dāng)中。
過去數(shù)位雙胞胎應(yīng)用大多以CAD/CAE為主，機(jī)臺(tái)的機(jī)械設(shè)計(jì)多以CAE模擬為主，而整機(jī)的開發(fā)流程多會(huì)將機(jī)構(gòu)學(xué)、電氣、自動(dòng)化系統(tǒng)分散開發(fā)，其開發(fā)生產(chǎn)模式可負(fù)荷單機(jī)大規(guī)模生產(chǎn)的生產(chǎn)模式，而近幾年設(shè)備業(yè)趨勢也如同消費(fèi)性電子產(chǎn)，產(chǎn)品生命週期縮短，客製化需求上升，在數(shù)位化功能的支援下，可在開發(fā)流程初期建立虛擬機(jī)臺(tái)模型。
數(shù)位雙胞胎支援新機(jī)臺(tái)的設(shè)計(jì)優(yōu)化，從虛擬試運(yùn)轉(zhuǎn)、機(jī)臺(tái)行銷、生產(chǎn)中磨合部件，乃至翻新與服務(wù)，都是優(yōu)化對(duì)象。這將為機(jī)臺(tái)製造商省下大量時(shí)間，並增進(jìn)其機(jī)臺(tái)從概念設(shè)計(jì)到生產(chǎn)過程的品質(zhì)。
機(jī)構(gòu)、電氣以及自動(dòng)化平行開發(fā)的需求在2015年開始增加，位於德國內(nèi)爾辛根的Maka Systems GmbH開發(fā)和製造木材鋁材、塑膠加工及設(shè)計(jì)建模專用CNC 工具機(jī)。一年多來，該公司在其專案管理中，明確建立客製化設(shè)備虛擬試運(yùn)轉(zhuǎn)。Maka透過機(jī)電一體化軟體搭配HiL（Hardware in the loop）硬體控制迴路，實(shí)施虛擬試運(yùn)轉(zhuǎn)處理棘手問題。
一臺(tái)大型木工客製化設(shè)備具有八個(gè)龍門同步對(duì)軸、六條伺服驅(qū)動(dòng)輸送帶、一個(gè)車削站和複雜的製程邏輯。變更這類設(shè)備的零組件時(shí)，將對(duì)有限的交貨和安裝時(shí)間帶來嚴(yán)重威脅。
Maka的管理階層打算透過虛擬試運(yùn)轉(zhuǎn)在組裝的同時(shí)完成設(shè)備調(diào)試，以確保遵守專案時(shí)程和設(shè)備交貨時(shí)限。迅速展開行動(dòng)、節(jié)省大量時(shí)間，一般而言不需花太多時(shí)間就能確定虛擬試運(yùn)轉(zhuǎn)的技術(shù)需求。藉由將機(jī)臺(tái)既有CAD資料掃描?入機(jī)電一體化概念設(shè)計(jì)軟體（MCD）NX元件的方式建立數(shù)位雙胞胎。完成這個(gè)步驟後再加入動(dòng)力學(xué)特性。
接著再將Simit連接CNC控制系統(tǒng)，透過Simit「賦予數(shù)位雙胞胎生命」。此程式將設(shè)備的訊號(hào)和資料介面反映在電腦上，同時(shí)透過數(shù)學(xué)運(yùn)算模擬機(jī)臺(tái)的邏輯行為。經(jīng)此處理後，便能確保數(shù)位雙胞胎的訊號(hào)狀態(tài)與實(shí)際設(shè)備相符。接著用Simit的現(xiàn)場匯流排模擬功能整合Sinumerik CNC，從而驗(yàn)證PLC軟體和優(yōu)化NC程式。機(jī)臺(tái)的每個(gè)反應(yīng)都顯示在監(jiān)視器上，並用紅色警示突顯碰撞等嚴(yán)重錯(cuò)誤。
技術(shù)人員可放大每個(gè)細(xì)節(jié)，並從透視圖檢視無法從實(shí)際設(shè)備發(fā)現(xiàn)的錯(cuò)誤。在此方法的協(xié)助下，Maka在執(zhí)行第一個(gè)專案時(shí)節(jié)省了五週的時(shí)間。這個(gè)結(jié)果又因?yàn)槠渌б娑@得改善：減少交通時(shí)間、避免潛在錯(cuò)誤造成的損失，以及所有專家都能配合為公司效力。團(tuán)隊(duì)成員很快就學(xué)會(huì)如何使用這項(xiàng)技術(shù)。執(zhí)行第一個(gè)專案時(shí)，Maka將西門子的Sinumerik虛擬調(diào)試服務(wù)充分運(yùn)用於多個(gè)準(zhǔn)備階段，包括移轉(zhuǎn)CAD資料、動(dòng)力學(xué)建模、參數(shù)化等程序。
| 圖2 : 德國MAKA透過數(shù)位雙胞胎測試流程 |
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公司在第一次體驗(yàn)數(shù)位雙胞胎後，通常都能發(fā)掘其他潛在技術(shù)用途，例如用於服務(wù)和維護(hù)。不論故障、擴(kuò)充或自動(dòng)化規(guī)劃，所有應(yīng)用都能透過數(shù)位雙胞胎進(jìn)行分析和模擬，甚至將數(shù)位雙胞胎應(yīng)用在行銷上。
