疫情期間，在全國眾多企業面臨勞動力短缺等經營困境，難以穩步實現復工復產的情況下，數字孿生技術能做些什麼？
2019年12月，新冠肺炎疫情爆發於湖北武漢，並蔓延至全國，迅速發展成為我國實體經濟的“黑天鵝”，短期內對我國經濟造成了不可以避免的影響。為熨平此次經濟波動，各政府部門紛紛出臺相關政策，在打好疫情防控阻擊戰的同時，為企業復工復產保駕護航。
在新冠肺炎疫情防控關鍵時期，全國眾多企業面臨勞動力短缺等經營困境，難以穩步實現復工復產。數字孿生作為實現物理空間和賽博空間交互映射的一項通用賦能技術，將在推動製造企業復工復產進程中發揮積極作用。
01 數字孿生助力製造企業有序復工復產
疫情防控期間，諸多製造企業因受原材料不足、用工短缺等問題的困擾，難以迅速復工復產，而採用數字孿生技術可以在研發設計、生產製造、經營管理等方面重組原有業務流程，優化企業資源配置，提高企業經營效率。
● 提升產品全生命週期管理水平
一是實現研發協同，聯合研發、生產和採銷等部門在賽博空間構建產品數字孿生體，多物理場、多維度模擬展示產品在物理空間中的狀態變化，完成產品外觀、結構、裝配等設計，避免線下聚集辦公，縮短產品上市週期。
二是實現工藝優化，將產品生產過程中涉及到的機器設備、工作環境、工藝原理等要素映射到賽博空間進行仿真測試，並在線上完成工藝優化，形成生產工藝可行性報告，降低產品工藝迭代成本。
三是實現產能調配，通過在賽博空間中模擬工廠佈局、物料流動、機器產能等，結合產品需求，確定合理工廠佈局、物流策略和生產計劃，降低接觸傳染風險，提高對市場的適應能力。
● 提高企業生產智能化水平
一是提高機器設備智能化水平，實時採集機器設備的變形程度、刀具軌跡、溫度等數據，並動態更新賽博空間中機器設備的相關數據，通過設立數據閾值評估設備狀態，減少人為檢查頻次，實現設備預測性維護。
二是提高製造車間柔性化水平，整合企業的人員、機器、物料、環境等生產要素並構建獨立的數字孿生體，分析產品生產所需設備、環境、時間等，在賽博空間搭建虛擬車間，實現產線佈置、產能分配的線上調整，提高車間柔性化水平。
三是提高產品質量管理水平，根據以產品全生命週期數據為基礎建立的數字孿生體模型，對有質量缺陷的產品進行溯源檢查，排查產品材料、加工等環節的漏洞並補全，減少質檢部門現場操作時間，強化產品質量保障體系。
● 提高員工健康管理水平
一是動態監測員工生理特徵，通過員工智能手環等可穿戴智能化設備，動態採集、監測員工的體溫、血氧飽和度等生理指標數據，建立員工健康數字孿生體模型，及時發現員工健康問題，及時排查密切接觸人群，減少交叉感染帶來的危害。
二是準確記錄員工行為軌跡，通過員工手機等設備，實時採取員工工作期間的位置信息，必要時徵得員工同意，採集員工全天的位置信息，結合全國新冠肺炎確診地圖，實現員工分級分類管理，提高員工健康管理水平，並防止疫情擴散。
02 當前存在的問題
當前，我國數字孿生的應用範圍正迅速擴展，但在應用推廣過程，數字孿生存在的問題也在日漸凸顯，主要集中在專用模型供給能力不足、數據支撐能力不足、安全問題突出等方面。
● 專用數字孿生模型供給能力較差
從行業看，製造業是一個極其龐大的領域，涵蓋了30個大類行業、191箇中類行業、525個小類行業。由於涉及的行業、領域眾多，不同行業及領域的企業的運轉邏輯千差萬別。
從環節看，在產品研發設計、生產製造、經營管理、運維維護等環節，關注的重點領域和解決的問題各不相同，需要構建專用的數字孿生模型。
然而，我國製造企業，尤其是中小型企業，由於資金有限，難以投入大量的人力物力，對特定細分行業及環節的知識經驗、工業機理、運轉邏輯進行系統梳理，整合構建出獨屬於特定場景的專用數字孿生模型，專用數字孿生模型較為缺乏。
● 數字孿生數據支撐能力不足
從數據採集來看，我國中小型製造企業的數字化水平普遍不高，生產設備沒有完成數字化改造，導致實時生產運行數據採集困難。
從數據分析來看，數字孿生數據具有實時性高、數據量大、數據源異構性強等特點，傳統的單純依靠數據驅動的大數據分析模型難以滿足數字孿生的需要，必須將基於物理實體第一性原理構建的機理模型與基於數據驅動的大數據分析模型融合統一，而我國目前對“數據+機理”的新型數據分析模型的重視不夠，數據分析能力不足導致數字孿生的輔助決策作用大打折扣。
● 數字孿生安全問題顯現
從安全環境來看，數字孿生將物理世界和數字世界融合起來，打破了傳統工業領域相對封閉、可信的環境。
數字孿生擁有著工業生產運行的所有核心數據，數字孿生體極易被攻擊和竊取。
賽博世界的網絡攻擊可以直接到達物理世界的生產線，造成生產崩潰、汙染物洩漏、爆炸性損傷等安全問題。
從安全技術來看，我國傳統工業領域的安全能力不足，應對新型攻擊的安全技術儲備不夠，缺乏行業認可的第三方機構進行工業安全產品和技術服務的審查評估，尚未形成國家級、有組織的安全事件監測、檢測、準確預警、快速處置和有效追溯技術。
03 下一步工作建議
為進一步加快數字孿生在製造企業中的推廣應用，助力製造企業有序復工復產，提高製造企業數字化、網絡化、智能化水平，我國應做好以下三方面工作。
● 分行業分領域編制數字孿生模型全景圖譜
一是培育行業通用模型。支持產學研用各方匯聚數字孿生生態資源，重點圍繞研發仿真、業務流程、工業原理、算法模型等重點領域，通過政府購買服務方式，建設多標籤分類、智能化搜索的行業通用模型庫。
二是培育企業專用模型。支持製造企業聯合互聯網企業、科研院所等建設數字孿生企業專用模型庫，圍繞企業產品全生命週期優化、產線全過程管控優化、業務和管理優化等重點領域，建設功能完備的企業專用模型庫。
三是開展模型測試驗證。統籌利用現有財政資金，支持產業聯盟、企業與科研機構合作共建數字孿生模型測試驗證平臺，開展技術驗證與測試評估，加速數字孿生模型的優化迭代和完善升級，加快數字孿生在製造企業各環節的普及推廣。
● 深入應用新一代信息技術提高數據流通效率
一是夯實數據基礎能力。採取財政支持等手段，引導企業加快建設智能傳感器、工業以太網等新一代基礎設施，提高數據獲取和流通的低時延、高可靠的保障水平，拉動企業全鏈條數字化改造，加強各業務環節數字化應用和數據的集成共享，夯實數字孿生應用的數據基礎。
二是提高數據分析智能化水平。以疫情防控帶來的業務流程線上化為契機，鼓勵企業深化工業雲、工業大數據、人工智能、5G等技術的綜合應用，加快構建基於數字孿生的智能決策分析模型，強化對企業研發、生產、經營、管理等環節的指導意義。
三是開展創新應用試點。鼓勵有基礎、有需求、有動力的企業深度開展數字孿生應用，加快形成一批基於數字孿生優化企業資源配置的優秀解決方案和典型案例，帶動和引領數字孿生在製造企業中的應用推廣，全面提升製造企業各環節的數據流通效率。
● 構建數字孿生綜合安全保障體系
一是建設安全技術保障體系。依託工業互聯網創新發展等國家重點專項，加強數字孿生核心安全技術攻關，補齊技術短板，強化安全技術手段建設，開展數字孿生安全技術研發、測試評估等工作。
二是建立安全監管檢查機制。加快建立數字孿生安全管理制度和法律法規，明確各方主體的權責利，規範數字孿生安全檢查工作，著力構建起企業負主體責任、政府監管的安全管理體系。
三是強化網絡安全人才培育。創新安全人才培養機制，鼓勵地方政府、行業組織、科研院所等加強合作，加強“新工科”人才培養，增設數字孿生網絡安全等相關專業點，加快培育一批覆合型領軍人才和骨幹人才。
作者丨張朝 徐靖 王剛
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