智能制造下產(chǎn)品數(shù)字孿生體全生命周期研究

陸劍峰，夏路遙，白 歐，余 濤，李兆佳

(1.同濟大學電子與信息工程學院CIMS研究中心，上海 201804；2.智能云科信息科技有限公司，上海 200082；3.企業(yè)數(shù)字化技術教育部工程研究中心，上海 201804)

0 引言

隨著數(shù)據(jù)采集技術、信息技術、互聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展，制造業(yè)進入數(shù)字化時代。在數(shù)字化的背景下，制造業(yè)領域面臨著新的挑戰(zhàn)[1]。美國、德國、和中國相繼提出美國智能制造領導力聯(lián)盟計劃、工業(yè)4.0和中國制造2025等先進制造戰(zhàn)略。其共同目標是實現(xiàn)智能制造[2-5]。智能制造是指具有信息自感知、自決策、自執(zhí)行等功能的先進制造過程、系統(tǒng)與模式。從產(chǎn)品整個生命周期來看，通過將數(shù)據(jù)的實時傳輸、基于模型的仿真和優(yōu)化、大數(shù)據(jù)分析和預測等手段與制造過程的各個環(huán)節(jié)深度融合，實現(xiàn)對物理制造世界中實體的了解、分析和優(yōu)化，以創(chuàng)造出能對制造業(yè)的各個方面產(chǎn)生積極影響的“制造智能”[6-7]。信息物理融合是智能制造的重要使能技術之一。而作為實現(xiàn)信息物理融合的首選手段，數(shù)字孿生得到了工業(yè)界、學術界和政府的高度重視[8]，并被應用于解決實際的工程問題。自2016年以來，全球權威的IT研究與顧問咨詢公司Gartner一直將數(shù)字孿生技術作為十大戰(zhàn)略科技發(fā)展趨勢之一[9]。在此背景下，本文從數(shù)字孿生的概念及其發(fā)展出發(fā)，基于數(shù)字孿生在制造各領域全生命周期中的應用提出數(shù)字孿生體全生命周期，進一步利用產(chǎn)品數(shù)字孿生體全生命周期的運行機制對其進行驗證闡述。

1 數(shù)字孿生概述

1.1 數(shù)字孿生概念的發(fā)展背景

數(shù)字孿生的概念雛形起源于1969年美國國家航空航天局(national aeronautics and space administration，NASA)在阿波羅項目中構建的“物理孿生體”，它反映了正在執(zhí)行任務的空間飛行器的狀態(tài)[10]。數(shù)字孿生的概念模型是由美國密歇根大學的Michael Grieves教授在其產(chǎn)品生命周期管理(product lifecycle management,PLM)課程中提出的“與物理產(chǎn)品等價的虛擬數(shù)字化表達”概念。該概念采用數(shù)據(jù)虛擬表達物理世界中特定裝置形成數(shù)字復制品，希望以此進行真實環(huán)境、條件和狀態(tài)的模擬仿真測試和分析[11]，并于2005年被稱為“鏡像空間模型”[12]，于2006年被稱為“信息鏡像模型”[13]。2011年，Grieves教授與NASA專家John Vickers共同提出數(shù)字孿生的概念，即三維模型，包括物理實體、虛體以及二者之間的連接。該三維模型一直沿用至今，同時Grieves教授認為數(shù)字孿生是在設計與執(zhí)行之間形成緊閉的閉環(huán)[14]。至此，數(shù)字孿生概念初步形成。但是Grieves教授并沒有對其進行具體定義，數(shù)字孿生具體定義是NASA在面向飛行器/系統(tǒng)撰寫的空間技術路線圖中呈現(xiàn)的。數(shù)字孿生是一種面向飛行器或系統(tǒng)的高度集成多科學、多物理量、多尺度、多概率的仿真模型，能夠充分利用物理模型、傳感器更新、運行歷史等數(shù)據(jù)，在虛擬空間中完成映射，從而反映實體裝備全生命周期過程[15]。此后，該概念得到國內(nèi)外學者不斷地補充和完善。比如國內(nèi)陶飛等認為數(shù)字孿生是以數(shù)字化方式創(chuàng)建物理實體的虛擬模型，借助數(shù)據(jù)模擬物理實體在現(xiàn)實環(huán)境中的行為，通過虛實交互反饋、數(shù)據(jù)融合分析、決策迭代優(yōu)化等手段，為物理實體增加或擴展新的能力[16]。同時，陶飛對Grieves提出的三維模型進行了擴展，增加了孿生數(shù)據(jù)和服務，形成數(shù)字孿生的五維模型，包括：物理實體、虛擬實體、服務、孿生數(shù)據(jù)和各組成部分間的連接[17]。

1.2 數(shù)字孿生的概念解析

上述數(shù)字孿生的概念和特征傳達給研究者的是某個產(chǎn)品、某個流程在其生命周期中的一個具象表達，是一個包括物理實體、虛擬實體以及虛實之間的交互迭代，并最終以實體對象或行為到虛空間全要素層級映射、虛控實為目標的體系，所以稱之為Digital twins(區(qū)別于Digital twin)。其實，從上述數(shù)字孿生概念的最初描述到概念模型的成型和完善，可以看出在這個體系中都是以某一物理實體對象進行孿生映射。這里的物理實體對象不僅關注其本身屬性及行為規(guī)則，還關注該實體對象從產(chǎn)生到目前時間節(jié)點所累積的迭代信息，可以被稱為面向?qū)ο蟮臄?shù)字孿生。比如，Grieves給出更廣泛的面向?qū)ο髷?shù)字孿生定義，即為一組虛擬信息結構，充分描述從微觀原子水平到宏觀幾何水平的潛在或?qū)嶋H物理制造產(chǎn)品[18]。莊存波等對產(chǎn)品數(shù)字孿生體的內(nèi)涵進行系統(tǒng)闡述，提出產(chǎn)品數(shù)字孿生體的體系結構，并給出在產(chǎn)品設計、產(chǎn)品制造、產(chǎn)品服務階段數(shù)字孿生體的實施途徑[19]。陶飛等提出數(shù)字孿生車間的概念，闡述了數(shù)字孿生車間的系統(tǒng)組成、運行機制、特點、關鍵技術等[20]。

面向?qū)ο蠛兔嫦蜻^程的數(shù)字孿生演化過程如圖1所示。

圖1 數(shù)字孿生演化過程

通過數(shù)字孿生技術構建物理對象某一時間段的數(shù)字孿生體。該數(shù)字孿生體是虛擬空間中物理對象屬性、行為規(guī)則等靜態(tài)與動態(tài)數(shù)據(jù)的集成，并且與物理對象進行雙向交互。這種雙向交互僅限于物理實體的這一段時期。但是在客觀世界中，物理對象是不斷發(fā)展的，物理對象所需承載的信息不斷累積并由前一階段傳遞到下一階段，其信息具有流動性、時變性、迭代性特征。因此，物理實體對象的數(shù)字孿生過程需要考慮數(shù)字孿生體在其全生命周期中一直處于動態(tài)演變狀態(tài)。這個孿生過程可被稱為面向過程的數(shù)字孿生，包括“以虛擬實”、“以虛映實”和“以虛控實”。同時，制造企業(yè)希望的是將廣義的數(shù)字孿生技術應用于產(chǎn)品設計、制造與服務管理等產(chǎn)品全生命周期中，以提高產(chǎn)品研發(fā)效率和質(zhì)量、降低研發(fā)成本、實現(xiàn)快速響應市場的目的。經(jīng)上述分析，面向過程的數(shù)字孿生體是對物理對象全生命周期的全過程進行跟蹤描述[21]。此時，數(shù)字孿生體成為物理對象在虛擬空間中的另一條生命線，不會隨物理對象的消亡而消亡。

2 數(shù)字孿生體全生命周期

數(shù)字孿生是利用數(shù)字化技術對物理實體對象的特征、行為及性能等進行描述和建模的過程和方法，也稱為數(shù)字孿生技術。而數(shù)字孿生體是指與現(xiàn)實世界中的物理實體完全對應和一致的虛擬模型，可實時、精準模擬和預測自身在物理空間中的行為，是一種精準映射模型。因此，可以說，數(shù)字孿生是技術、過程和方法，數(shù)字孿生體是對象、模型和數(shù)據(jù)[22]。

分析物理對象全生命周期的數(shù)字孿生體，需要將面向?qū)ο蠛兔嫦蜻^程的數(shù)字孿生相結合。從面向過程的角度出發(fā)，每一個階段的數(shù)字孿生體都與物理實體交互，且不同階段數(shù)字孿生體間彼此交互。從面向?qū)ο蟮慕嵌瘸霭l(fā)，物理對象不斷地迭代更新，其數(shù)字孿生體在生命周期中的每一個階段都承載著上一階段傳遞的信息。隨著信息技術的發(fā)展，物理對象的數(shù)字孿生體逐漸聚焦于將物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、云計算等新一代信息技術與其每一個階段相融合。數(shù)字孿生體作為物理對象在其生命周期中的另外一個虛擬的“生命體”，在與物理對象相對應全生命周期的每個階段會被賦予特定的功能。

本文根據(jù)數(shù)字孿生體的特征和功能，將其生命周期分為三個階段。第一個階段為數(shù)字孿生體前期階段，即數(shù)字化胚胎階段，其功能為以虛擬實；第二個階段為數(shù)字孿生體中期階段，即數(shù)字化映射體階段，其功能為以虛映實；第三個階段為數(shù)字孿生體后期階段，即孿生體互長階段，其功能為以虛控實。數(shù)字孿生體全生命周期如圖2所示。

圖2 數(shù)字孿生體全生命周期

2.1 數(shù)字胚胎階段

由上文分析可知，數(shù)字孿生體是物理實體對象在其生命周期中的另一個“生命體”。生命體的最初狀態(tài)是胚胎，因此數(shù)字胚胎是數(shù)字孿生體的最初始狀態(tài)。

數(shù)字胚胎是在物理實體對象設計階段產(chǎn)生的。此時，物理實體對象不存在于物理世界中。數(shù)字胚胎先于物理實體對象出現(xiàn)，所以用數(shù)字胚胎去表達物理實體對象的設計意圖是對物理實體進行理想化和經(jīng)驗化的定義。這個數(shù)字胚胎可以看作是對物理實體對象進行理性及經(jīng)驗性物理屬性和功能屬性認知后的一種虛擬表達。而這種理想化的定義和設計會一直延續(xù)存在于物理實體對象和數(shù)字孿生體的整個生命周期，在物理實體對象生命周期的下一個階段將會被制造成物理實體。這是由虛到實的實現(xiàn)過程，所以數(shù)字胚胎在這一階段的功能是“以虛擬實”，即用基于經(jīng)驗或上一代物理實體對象構建的虛體，去擬化將要被實現(xiàn)的物理實體對象，從靜態(tài)表達展示物理實體對象幾何信息上升到也能反映物理實體的功能和性能的動態(tài)領域[23]。同時，數(shù)字胚胎經(jīng)過不斷地設計修改后高度逼近真實物理實體，雖還會和未來實現(xiàn)的真實物理實體有差距，但也可以指導物理實體對象的實現(xiàn)過程。

2.2 數(shù)字化映射體階段

數(shù)字化映射體階段的功能主要是“以虛映實”，通過對物理實體對象的多層級數(shù)字化映射，建立面向物理實體與行為邏輯的數(shù)據(jù)驅(qū)動模型。孿生數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)驅(qū)動的基礎，可以實現(xiàn)物理實體對象和數(shù)字化映射對象之間的映射，包括模型、行為邏輯、運行流程，并且這個映射模擬會根據(jù)反饋，隨著物理實體的變化而自動作出相應的變化。

數(shù)字化映射體除了集中物理實體對象的幾何模型和機理模型，數(shù)據(jù)是其最核心的要素。理想狀態(tài)下，數(shù)字化映射可以自我感知多重的反饋源數(shù)據(jù)進行自我處理、自我存儲及可視化，從而幾乎實時地在數(shù)字世界里呈現(xiàn)物理實體的真實狀況，實現(xiàn)全面呈現(xiàn)、精準表達和動態(tài)監(jiān)測。而數(shù)字化映射的前提是物理實體對象實現(xiàn)數(shù)字化改造[24]。這些數(shù)據(jù)源于數(shù)字胚胎階段的數(shù)據(jù)傳遞、物理實體、運行系統(tǒng)、傳感器等，涵蓋仿真模型、環(huán)境數(shù)據(jù)、物理對象設計數(shù)據(jù)、維護數(shù)據(jù)等，貫穿物理實體對象實時運轉過程的始終。數(shù)字化映射體作為模型和數(shù)據(jù)存儲平臺，采集各類原始數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)進行融合處理后，可通過模型定義、數(shù)據(jù)綁定、可視化等手段，動態(tài)驅(qū)動可視化對象狀態(tài)變化，從而真實反映物理對象的狀態(tài)和行為，實現(xiàn)信息縱向和橫向貫通及信息流在物理空間的透明可視。

2.3 孿生體互長階段

孿生體互長階段是數(shù)字孿生體全生命周期最后階段，也是數(shù)字孿生體成型和具備智能化的階段。該階段數(shù)字孿生體繼承了前面兩個階段的數(shù)據(jù)、模型和功能，同時借助大數(shù)據(jù)挖掘、智能算法以及新一代信息技術，按照“知識模型-智慧決策-精準執(zhí)行”的方式精準控制物理實體對象，以達到“以虛控實”的功能目標。

在此階段，數(shù)字孿生體可以根據(jù)物理實體對象的運行機理和服務需求，進行機理和數(shù)據(jù)驅(qū)動建模[25]。由機理和數(shù)據(jù)演化的知識模型可以增加物理實體對象的智能性。知識模型一方面是根據(jù)現(xiàn)實世界中物理實體和過程的內(nèi)部機制、物質(zhì)流的傳遞機理建立起來的精確數(shù)學模型；另一方面是通過對系統(tǒng)釆集的大量觀測數(shù)據(jù)運用模式學習和統(tǒng)計學等理論進行充分分析，建立系統(tǒng)輸入變量、可觀察變量以及預期輸出變量之間的模型，即以數(shù)據(jù)為基礎發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)模型[26]。數(shù)字孿生體機理和數(shù)據(jù)雙驅(qū)動的知識模型除了可以依賴物理實體對象的先驗知識、實際經(jīng)驗和運行機理，也可以通過傳感器的實時反饋信息歷史數(shù)據(jù)進行深度學習、精確模擬及分析預測。最終實現(xiàn)對物理實體對象當前狀態(tài)的評估、對其過去發(fā)生問題的診斷，以及對未來趨勢的預測。這些都可為實體對象的指令下達、流程體系的進一步優(yōu)化提供全面、精準的決策依據(jù)，大幅提升分析決策效率，實現(xiàn)對物理空間中實體對象的精準控制和執(zhí)行。

3 智能制造中產(chǎn)品數(shù)字孿生體全生命周期的應用

物理產(chǎn)品作為實體對象在其生命周期內(nèi)的演化是一個多層級、分階段，且相互交互協(xié)同的立體反饋模型，經(jīng)歷概念設計、產(chǎn)品工藝設計、產(chǎn)品制造、產(chǎn)品使用和維護以及產(chǎn)品報廢和回收。在智能制造的背景下，物理產(chǎn)品是物理域和信息域的結合體，需要完成數(shù)據(jù)收集、處理、分析、決策、預測等功能[27]。因此，通過構建能精準和完全描述物理產(chǎn)品的產(chǎn)品數(shù)字孿生體對物理產(chǎn)品進行全面細致的分析、決策和預測，發(fā)現(xiàn)物理產(chǎn)品在設計、制造和使用階段的缺陷或問題，然后解決這些缺陷和問題，加速了智能產(chǎn)品的創(chuàng)新設計[28]。

從數(shù)字孿生體的起源和發(fā)展現(xiàn)狀來看，其應用集中于物理產(chǎn)品的設計和運維階段；但從上述分析的數(shù)字孿生體全生命周期來看，產(chǎn)品數(shù)字孿生體的作用不局限于設計和運維階段。本文從產(chǎn)品數(shù)字孿生體在設計、制造和使用階段發(fā)揮的作用來理解其全生命周期。

在物理產(chǎn)品設計階段，首先需要充分理解用戶的需求或意愿，需求決定產(chǎn)品的結構、配置、功能以及產(chǎn)品微小的差別[29]。而產(chǎn)品是由多個零件配置而成，因此需要建立用戶需求與產(chǎn)品配置之間的關系。客戶給出的需求通常是文字版本，產(chǎn)品在設計階段的模型是虛擬的。這種對應關系需要在虛擬空間中進行映射。在實際的制造場景中，新一代的產(chǎn)品通常會根據(jù)需求在舊一代的產(chǎn)品上迭代改進，作為生命不會終止消亡的上一代產(chǎn)品數(shù)字孿生體已經(jīng)在研發(fā)、制造、使用、報廢階段中迭代優(yōu)化并附積了大量信息。這會給新一代產(chǎn)品的設計和研發(fā)提供借鑒模型。作為先于物理產(chǎn)品“出世”的數(shù)字胚胎也是產(chǎn)品生命周期數(shù)據(jù)積累的伊始和唯一模型，集成了產(chǎn)品的三維幾何模型、產(chǎn)品關聯(lián)屬性信息、工藝信息等。同時，需要專業(yè)工藝人員根據(jù)經(jīng)驗知識總結和工藝理論進行工藝流程的編制，即將產(chǎn)品設計模型轉變?yōu)橹圃旆椒安襟E和工藝參數(shù)，然后將產(chǎn)品數(shù)字胚胎模型和設計文檔傳遞到制造階段。如果產(chǎn)品直接進入物理生產(chǎn)系統(tǒng)進行生產(chǎn)，產(chǎn)品生產(chǎn)的容錯度比較低，所以可以通過構建生產(chǎn)數(shù)字孿生系統(tǒng)對產(chǎn)品數(shù)字胚胎進行生產(chǎn)仿真，形成產(chǎn)品真實尺寸、裝配參數(shù)和次品信息等反饋到產(chǎn)品設計階段，對產(chǎn)品的設計研發(fā)進行再優(yōu)化。產(chǎn)品數(shù)字孿生體全生命周期如圖3所示。

圖3 產(chǎn)品數(shù)字孿生體全生命周期

產(chǎn)品數(shù)字胚胎經(jīng)過生產(chǎn)數(shù)字孿生系統(tǒng)生產(chǎn)仿真后，進入真實的生產(chǎn)制造車間進行生產(chǎn)。此時，生產(chǎn)數(shù)字孿生系統(tǒng)是物理生產(chǎn)車間的數(shù)字孿生體。生產(chǎn)數(shù)字孿生系統(tǒng)是生產(chǎn)過程中全部生產(chǎn)要素、生產(chǎn)流程及其邏輯關系等在虛擬空間的真實再現(xiàn)[22,30]。生產(chǎn)數(shù)字孿生系統(tǒng)也是遵循數(shù)字孿生體生命周期的發(fā)展過程，在產(chǎn)品生產(chǎn)制造階段，通過傳感器采集產(chǎn)品實時變化數(shù)據(jù)和生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)，經(jīng)生產(chǎn)系統(tǒng)傳輸?shù)缴a(chǎn)數(shù)字孿生系統(tǒng)中的數(shù)字孿生引擎[31]中進行數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)分析。這樣實現(xiàn)物理生產(chǎn)系統(tǒng)生產(chǎn)過程和生產(chǎn)數(shù)字孿生系統(tǒng)的實時映射和精準決策達到以虛控實的功能，最終交付給用戶的是實例產(chǎn)品和唯一產(chǎn)品模型。此時，作為唯一模型的產(chǎn)品數(shù)字孿生體，經(jīng)過生產(chǎn)系統(tǒng)制造完成后，已經(jīng)具備和物理產(chǎn)品一樣的實例行為。

在產(chǎn)品使用和運維階段，物理產(chǎn)品的所有使用狀態(tài)變化、組件變更信息、產(chǎn)品性能的退化信息都將反饋到產(chǎn)品數(shù)字孿生體。物理產(chǎn)品在進入使用服務階段，往往隨著使用時間推移和使用次數(shù)增加，會出現(xiàn)零組件故障、磨損或損壞的情況而去更換部分組件。而產(chǎn)品數(shù)字孿生體與物理產(chǎn)品始終保持一致，會自動響應產(chǎn)品的組件變更信息[21]。同時，也會根據(jù)用戶平時使用產(chǎn)品的習慣數(shù)據(jù)去分析對哪些行為和使用狀態(tài)會增加對產(chǎn)品的損耗，以給出用戶使用建議，幫助用戶更好地維護物理產(chǎn)品。產(chǎn)品數(shù)字孿生體會實時跟蹤檢測產(chǎn)品的性能參數(shù)并分析這些性能參數(shù)在物理產(chǎn)品使用過程中的變化規(guī)律，以便和性能退化標準進行比對，得出性能偏差指向。這樣研發(fā)設計人員根據(jù)性能偏差指向在新一代產(chǎn)品的研發(fā)設計過程中進行改進。

4 產(chǎn)品數(shù)字孿生體的發(fā)展趨勢

產(chǎn)品數(shù)字孿生體是產(chǎn)品的另一個特點鮮明的生命體。本章根據(jù)對產(chǎn)品數(shù)字孿生體全生命周期的分析并結合目前產(chǎn)品數(shù)字孿生體的發(fā)展現(xiàn)狀，得出未來產(chǎn)品數(shù)字孿生體值得研究的問題和發(fā)展趨勢，主要包括全價值鏈化、高度實體化和信息技術集成化。

4.1 支撐全價值鏈的優(yōu)化。

目前，產(chǎn)品數(shù)字孿生體的發(fā)展已經(jīng)趨向全生命周期的覆蓋，從產(chǎn)品設計階段到產(chǎn)品制造階段到產(chǎn)品服務階段都有一定程度的研究，但是產(chǎn)品數(shù)字孿生體全生命周期的演化過程也只是以時間為前提的生命線。正如上文所述，面向?qū)ο蟮漠a(chǎn)品的實現(xiàn)是一個在多層級演化下價值集成的過程。本文在分析面向?qū)ο蟮漠a(chǎn)品數(shù)字孿生體演化過程是以產(chǎn)品價值完成集成為前提的，并沒有詳細分析產(chǎn)品數(shù)字孿生體在價值集成的過程中充當?shù)慕巧??？梢灶A見，未來產(chǎn)品數(shù)字孿生體也會將向產(chǎn)品全價值鏈化方向發(fā)展，產(chǎn)品數(shù)字孿生體將會發(fā)展成產(chǎn)品全價值鏈的信息集成信息。這不僅僅是共享產(chǎn)品的信息，也是在空間上基于唯一信息模型的全價值鏈服務模型協(xié)同，最終形成以產(chǎn)品數(shù)字孿生體為唯一模型在產(chǎn)品全生命周期和全價值鏈中交互的發(fā)展模型。

4.2 虛實的深度融合化。

數(shù)字孿生體一直被定義為物理實體對象在虛擬空間中的完全映射體，但是目前無論是產(chǎn)品數(shù)字孿生體還是生產(chǎn)系統(tǒng)數(shù)字孿生體，都是研究人員根據(jù)實際需求進行局部建設。這是因為目前的信息技術手段不能夠支持實體對象的完全信息化。但是在某些領域(比如航空航天領域的發(fā)動機)，其數(shù)字孿生體應用的成功程度取決于產(chǎn)品數(shù)字孿生體的逼真程度，即虛實的深度融合[19]。復雜產(chǎn)品系統(tǒng)具有多物理性、多領域性及多學科性，其數(shù)字孿生的過程將變得復雜困難(比如航空發(fā)電機需要在其內(nèi)部部署千個傳感器完成采集數(shù)據(jù)工作)。因此，如何將基于多物理性、多領域性的數(shù)據(jù)和模型都集成到產(chǎn)品數(shù)字孿生體，是建立產(chǎn)品數(shù)字孿生體繼而發(fā)揮產(chǎn)品數(shù)字孿生體精確模擬、智慧決策、精準預測和控制的關鍵[32-33]。

4.3 新興信息技術的集成應用。

在應用技術層面，目前實體對象的數(shù)字孿生體或系統(tǒng)空間并沒有新興信息技術，如虛擬現(xiàn)實(virtual reality,VR)、增強現(xiàn)實(augmented reality,AR)、移動計算等融合的很好。例如，在產(chǎn)品制造過程中，AR是根據(jù)服務需求獲取物理空間信息并推送更有價值虛擬信息的信息通道，因此數(shù)字孿生體應該充當處理AR獲取到的信息，然后進行加工的角色，再通過AR將加工好的虛擬信息推送到物理空間中。所以AR和產(chǎn)品數(shù)字孿生體的技術架構融合可以達到智慧決策和精準執(zhí)行的目標。而通過將VR技術和移動計算基數(shù)引入到產(chǎn)品的設計過程和制造過程中，研發(fā)人員和生產(chǎn)人員將完全沉浸式的虛擬空間中實現(xiàn)產(chǎn)品設計研發(fā)階段和虛擬產(chǎn)品的互動，在虛擬場景中獲得物理世界中一樣的感知和反饋。因此，類似于AR和VR這樣的新興信息技術與產(chǎn)品數(shù)字孿生體的融合以實現(xiàn)更高層次的虛實融合將是產(chǎn)品數(shù)字孿生體的發(fā)展方向之一[34-35]。

5 結論

數(shù)字孿生解決了虛實空間孤立存在的問題。數(shù)字孿生體在物體對象的全生命周期中實現(xiàn)數(shù)據(jù)閉環(huán)并與物理對象進行雙向流動，充分挖掘、利用了物理空間全生命周期中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。本文從實體對象本身和實體對象發(fā)展過程兩個維度，分析數(shù)字孿生和數(shù)字孿生體的定義，進一步給出數(shù)字孿生體全生命周期的概念和特征，最后用產(chǎn)品數(shù)字孿生體全生命周期詮釋和映證數(shù)字孿生體全生命周期的概念。