元宇宙技術(shù)（微課版）微課14.1智能制造與工業(yè)元宇宙智能制造與工業(yè)元宇宙是兩個(gè)緊密相關(guān)且互相支持的概念，它們共同推動(dòng)著工業(yè)領(lǐng)域的現(xiàn)代化進(jìn)程。智能制造側(cè)重于通過(guò)自動(dòng)化、信息化和智能化技術(shù)來(lái)提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，而工業(yè)元宇宙是將元宇宙技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和制造領(lǐng)域，為工業(yè)生產(chǎn)和制造提供沉浸式的虛擬環(huán)境和智能化解決方案。另一方面，工業(yè)元宇宙與數(shù)字孿生的結(jié)合意味著利用VR、AR、物聯(lián)網(wǎng)（IoT）、AI等技術(shù)，為工業(yè)生產(chǎn)和制造提供高度精確的虛擬副本，支持沉浸式的虛擬環(huán)境和智能化的解決方案，支持遠(yuǎn)程協(xié)作、虛擬培訓(xùn)、智能維護(hù)等應(yīng)用。能夠顯著提高智能制造效率、質(zhì)量和靈活性，同時(shí)降低成本和風(fēng)險(xiǎn)。微課14.1智能制造元宇宙簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，數(shù)字孿生就是在一個(gè)設(shè)備或系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，創(chuàng)造一個(gè)信息化平臺(tái)上的數(shù)字版虛擬“克隆體”。除了“會(huì)動(dòng)”之外，理解數(shù)字孿生還有三個(gè)關(guān)鍵詞，分別是“全生命周期”“實(shí)時(shí)/準(zhǔn)實(shí)時(shí)”“雙向”。

圖14-1數(shù)字孿生14.1.1數(shù)字孿生（1）全生命周期，數(shù)字孿生貫穿產(chǎn)品包括設(shè)計(jì)、開發(fā)、制造、服務(wù)、維護(hù)乃至報(bào)廢回收整個(gè)周期，幫助企業(yè)制造產(chǎn)品，幫助用戶使用產(chǎn)品。（2）實(shí)時(shí)/準(zhǔn)實(shí)時(shí)，本體和孿生體之間可以建立全面的實(shí)時(shí)或準(zhǔn)實(shí)時(shí)聯(lián)系。兩者并不是完全獨(dú)立的，映射關(guān)系也具備一定的實(shí)時(shí)性。（3）雙向，本體和孿生體之間的數(shù)據(jù)流動(dòng)是雙向的?？梢愿鶕?jù)孿生體反饋的信息，對(duì)本體采取行動(dòng)和干預(yù)。數(shù)字孿生體最大的特點(diǎn)在于：它是對(duì)實(shí)體對(duì)象（本體）的動(dòng)態(tài)仿真。也就是說(shuō)，數(shù)字孿生體是會(huì)“動(dòng)”的，“動(dòng)”的依據(jù)來(lái)自本體的物理設(shè)計(jì)模型，還有本體上面?zhèn)鞲衅鞣答伒臄?shù)據(jù)，以及本體運(yùn)行的歷史數(shù)據(jù)。14.1.1數(shù)字孿生如果需要改動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，或者想要知道系統(tǒng)在特殊外部條件下的反應(yīng)，可以在孿生體上進(jìn)行“實(shí)驗(yàn)”。這樣，既避免了對(duì)本體的影響，也可以提高效率、節(jié)約成本。

圖14-2在孿生體上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)14.1.1數(shù)字孿生我們通過(guò)一些案例來(lái)了解數(shù)字孿生體的價(jià)值。（1）工業(yè)制造。數(shù)字孿生源于工業(yè)制造領(lǐng)域，是數(shù)字孿生技術(shù)的主戰(zhàn)場(chǎng)。在產(chǎn)品研發(fā)的過(guò)程中，數(shù)字孿生可以虛擬構(gòu)建產(chǎn)品數(shù)字化模型，對(duì)其進(jìn)行仿真測(cè)試和驗(yàn)證。生產(chǎn)制造時(shí)，可以模擬設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)和參數(shù)調(diào)整帶來(lái)的變化。數(shù)字孿生能夠有效提升產(chǎn)品的可靠性和可用性，同時(shí)降低產(chǎn)品研發(fā)和制造風(fēng)險(xiǎn)。14.1.2數(shù)字孿生的價(jià)值（2）智慧城市。數(shù)字孿生和5G/6G通信技術(shù)、智慧城市等有非常密切的關(guān)系。5G開啟“萬(wàn)物互聯(lián)”時(shí)代，它使得人類的連接技術(shù)到了前所未有的高度。未來(lái)，在現(xiàn)代通信技術(shù)支持下，云和端可以建立更緊密的連接。（3）基建工程。這是數(shù)字孿生的重要應(yīng)用領(lǐng)域。修建高速公路、橋梁等基礎(chǔ)設(shè)施前，完成對(duì)工程的數(shù)字化建模，在虛擬數(shù)字空間對(duì)工程進(jìn)行仿真和模擬，評(píng)估工程的結(jié)構(gòu)和承受能力。在維護(hù)階段，評(píng)估工程是否可以承擔(dān)特殊情況壓力，監(jiān)測(cè)事故隱患。14.1.2數(shù)字孿生的價(jià)值智能制造系統(tǒng)是一種由智能機(jī)器和人類專家共同組成的人機(jī)一體化智能系統(tǒng)，它突出了在制造諸環(huán)節(jié)中，以一種高度柔性與集成方式，借助計(jì)算機(jī)模擬人類專家的智能活動(dòng)，進(jìn)行分析、判斷、推理、構(gòu)思和決策，取代或延伸制造環(huán)境中人的部分腦力勞動(dòng)，同時(shí)，收集、存儲(chǔ)、完善、共享、繼承和發(fā)展人類專家的制造智能。由于突出了知識(shí)在制造活動(dòng)中的價(jià)值地位，所以智能制造成為影響未來(lái)經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程的制造業(yè)的重要生產(chǎn)模式。智能制造系統(tǒng)是智能技術(shù)集成應(yīng)用的環(huán)境，也是智能制造模式展現(xiàn)的載體。14.1.3智能制造一般而言，制造系統(tǒng)被認(rèn)為是一個(gè)復(fù)雜的相互關(guān)聯(lián)子系統(tǒng)的整體集成，從制造系統(tǒng)的功能角度可將智能制造系統(tǒng)細(xì)分為四個(gè)子系統(tǒng)。（1）設(shè)計(jì)子系統(tǒng)。智能制造突出了產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)過(guò)程中消費(fèi)需求的影響；功能設(shè)計(jì)關(guān)注產(chǎn)品的可制造性、可裝配性、可維護(hù)性及保障性。（2）計(jì)劃子系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)造將從簡(jiǎn)單信息型發(fā)展到知識(shí)密集型。在排序和制造資源計(jì)劃管理中，將集成應(yīng)用模糊推理等多類專家系統(tǒng)。（3）智能制造的生產(chǎn)系統(tǒng)是自治或半自治系統(tǒng)。在監(jiān)測(cè)生產(chǎn)過(guò)程、生產(chǎn)狀態(tài)獲取和故障診斷、檢驗(yàn)裝配以及模擬測(cè)試中，也廣泛應(yīng)用智能技術(shù)。（4）系統(tǒng)活動(dòng)。在系統(tǒng)控制中應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、布技術(shù)、多元代理技術(shù)和全能技術(shù)，并采用開放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)活動(dòng)并行解決系統(tǒng)集成。14.1.3智能制造工業(yè)元宇宙是指將元宇宙技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和制造領(lǐng)域的一個(gè)概念，它利用VR、AR、MR、物聯(lián)網(wǎng)（IoT）、AI等技術(shù)，為工業(yè)生產(chǎn)和制造領(lǐng)域提供沉浸式虛擬環(huán)境和智能化的解決方案。支持遠(yuǎn)程協(xié)作、虛擬培訓(xùn)、智能維護(hù)等應(yīng)用。元宇宙技術(shù)能夠顯著提高智能制造的效率、質(zhì)量和靈活性，同時(shí)降低成本和風(fēng)險(xiǎn)。14.1.4工業(yè)元宇宙元宇宙和工業(yè)元宇宙都是基于數(shù)字技術(shù)構(gòu)建的虛擬世界概念，但它們的應(yīng)用領(lǐng)域和重點(diǎn)有所不同。（1）應(yīng)用場(chǎng)景：元宇宙用于消費(fèi)者市場(chǎng)，工業(yè)元宇宙專注于工業(yè)和企業(yè)。（2）技術(shù)重點(diǎn)：元宇宙強(qiáng)調(diào)用戶體驗(yàn)和娛樂(lè)性