在科幻影片《克隆人》中，科學(xué)家用生物技術(shù)在實驗室中復(fù)制出了真人。而眼下越來越熱的“數(shù)字孿生”，則是用數(shù)字方式“復(fù)制”世界。由此，給汽車及零部件設(shè)計、制造等環(huán)節(jié)帶來更大發(fā)展空間。

新一代超集電驅(qū)系統(tǒng)、遠程智能無人代客泊車APA7.0……近日，長安汽車首次發(fā)布了全場景數(shù)字孿生開發(fā)開放平臺，以及從該平臺上誕生的一系列新技術(shù)。事實上，越來越多的汽車及零部件企業(yè)正在走進數(shù)字孿生的世界。

“數(shù)字孿生體是物理世界與數(shù)字空間的交互體系。”工業(yè)4.0研究院院長、數(shù)字孿生體聯(lián)盟理事長胡權(quán)在接受《中國汽車報》記者采訪時表示，數(shù)字孿生在汽車行業(yè)的應(yīng)用非常廣泛，涉及汽車及零部件研發(fā)、生產(chǎn)和個性化服務(wù)等多個環(huán)節(jié)，可以籠統(tǒng)稱之為“數(shù)字孿生汽車”。

無聲變革悄然進行

對于傳統(tǒng)的輪胎制造企業(yè)而言，新款產(chǎn)品從設(shè)計圖紙到走向量產(chǎn)，一般會先試制樣品，裝到汽車上進行實際道路測試，然后通過測量各項數(shù)據(jù)，再與理論數(shù)據(jù)進行比對，從而一步步進行優(yōu)化和改善，費時、費力、費錢，效率不高。

“我們現(xiàn)在采用數(shù)字孿生計算機仿真建模方法，只需輸入輪胎尺寸、磨損率、原料配比等數(shù)據(jù)，就可從數(shù)字孿生的模型上對輪胎設(shè)計進行優(yōu)化，而不必像以前那樣用樣品反復(fù)試驗獲得數(shù)據(jù)，不僅大幅縮短了產(chǎn)品從開發(fā)走向量產(chǎn)的時間，也節(jié)約了經(jīng)費。”山東滎光輪胎有限公司副總工程師季瑞江告訴記者，利用數(shù)字孿生技術(shù)還能在計算機上對輪胎的原料配比、制造工藝等進行細致“打磨”，可極大提高了工作效率。

數(shù)字孿生不僅有助于解決汽車零部件的研發(fā)問題，而且在產(chǎn)品制造及企業(yè)管理方面也有令人驚詫的“神功”。“中國一汽新建的新能源汽車工廠占地面積78萬平方米，相當于105個足球場。應(yīng)用數(shù)字孿生的虛擬工廠，與真實生產(chǎn)環(huán)境1：1對應(yīng)，人坐在辦公室就能看到生產(chǎn)現(xiàn)場的全貌，節(jié)省了大量的人力、物力、財力。”阿里云汽車行業(yè)架構(gòu)師黃錚介紹稱，阿里云與機械工業(yè)九院聯(lián)合研發(fā)了“汽車數(shù)字工廠1.0”解決方案，數(shù)字孿生是其中的重要基礎(chǔ)，該方案在一汽紅旗新建的新能源汽車工廠首次應(yīng)用。他說，一款汽車由上千類、數(shù)萬個零部件組成，該新能源汽車工廠生產(chǎn)過程有沖壓、焊裝、涂裝、總裝、電池五大車間、200多種生產(chǎn)工藝，每個車間的生產(chǎn)設(shè)備完全不一樣，與其他行業(yè)相比，汽車制造更加考驗企業(yè)的管理能力。在數(shù)字孿生的虛擬工廠中，大到上述五個車間，小到車間內(nèi)的每臺設(shè)備和每一個生產(chǎn)動作，都可以映射在數(shù)字孿生系統(tǒng)上，展現(xiàn)了這項技術(shù)對復(fù)雜生產(chǎn)系統(tǒng)的掌控力。

目前，在汽車產(chǎn)業(yè)“新四化”加速變革的大背景下，數(shù)字孿生正以前所未有的速度走進汽車及零部件企業(yè)。“幾乎所有汽車及零部件企業(yè)都在逐步應(yīng)用數(shù)字孿生技術(shù)提升研發(fā)效率、產(chǎn)品制造水平并實現(xiàn)成本節(jié)約。”北京翼絡(luò)數(shù)字技術(shù)有限公司技術(shù)總監(jiān)劉繼業(yè)在接受記者采訪時表示，數(shù)字孿生擁有開放架構(gòu)，在汽車零部件設(shè)計制造中，很容易導(dǎo)入相關(guān)技術(shù)并實現(xiàn)融合，因為每個環(huán)節(jié)都可與數(shù)字孿生進行整體數(shù)據(jù)交互，助其更好地實現(xiàn)智能化，從而在產(chǎn)品全鏈條甚至產(chǎn)業(yè)全鏈條上實現(xiàn)優(yōu)化。從這個意義上說，數(shù)字孿生具有很強的實用價值。

“未來的智能座艙會更像一個有智慧的生命體。為此，我們應(yīng)用了‘用戶-車企-開發(fā)者’全鏈路打通的全場景數(shù)字孿生開發(fā)開放平臺。”長安汽車董事長朱華榮在“綠色智能，融合創(chuàng)新”論壇上介紹道，該平臺有四個特點：一是功能的無限組合;二是在國內(nèi)首次實現(xiàn)駕駛、座艙、車控三域打通的整車級虛擬仿真環(huán)境，實現(xiàn)全車功能場景可編排;三是通過本地+云端方式提供無限算力服務(wù);四是支持快速開展單體級、系統(tǒng)級、整車級的體驗評價，支持虛擬現(xiàn)實、混合現(xiàn)實體驗評價。

“很多汽車及零部件企業(yè)都已或多或少應(yīng)用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，以及虛擬現(xiàn)實、混合現(xiàn)實技術(shù)，數(shù)字孿生就是其數(shù)據(jù)來源及不可或缺的重要組成部分，可以貫穿汽車全產(chǎn)業(yè)鏈。”胡權(quán)指出。

數(shù)字孿生帶來別樣改變

對于整車或零部件制造而言，怎樣判斷一顆螺絲有沒有擰好?在傳統(tǒng)的流水線上，這項工作需要人工檢查，但通過數(shù)字孿生技術(shù)，可以通過算法算出擰這顆螺絲用了多大力、擰了多少度等。

“在汽車及零部件企業(yè)的實際應(yīng)用中，數(shù)字孿生主要包括兩個方面的內(nèi)容。”華南理工智能感知與控制工程研究中心研究員張睿林告訴記者，一是對現(xiàn)實中的整車或零部件建立數(shù)字模型，二是對計算機設(shè)計的數(shù)字模型進行復(fù)制。換句話說，就是既可以“從實到虛”，也可以“從虛到虛”，目的都是通過計算機技術(shù)進行較為復(fù)雜、精細的數(shù)據(jù)處理，提高精確度和效率，同時極大地拓展設(shè)計的想象力及實用性，比如根據(jù)實際需要將規(guī)則的四邊形汽車覆蓋件，改造成多邊形甚至不規(guī)則形狀，并利用計算機同步解決智能化制造工藝細節(jié)問題。

電動汽車的安全穩(wěn)定行駛，離不開動力電池的良好工作狀態(tài)。“車載電池管理系統(tǒng)計算能力有限、數(shù)據(jù)存儲能力有限，很難做到精確監(jiān)控動力電池運行狀態(tài)。”浙江浩迪新能源有限公司總工程師韓玉文告訴記者，動力電池數(shù)字孿生監(jiān)控系統(tǒng)，就可以解決這一問題。據(jù)介紹，該系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)感知、數(shù)據(jù)收集的互聯(lián)裝置，數(shù)據(jù)存儲的云端，數(shù)據(jù)分析軟件，數(shù)據(jù)可視化用戶界面等，通過對動力電池溫度、電量、阻抗和電壓電流曲線等實時感應(yīng)并與標定數(shù)據(jù)實時比對，一旦發(fā)現(xiàn)偏差就及時報警，在全面監(jiān)控動力電池工作狀態(tài)的同時，提前預(yù)測并及早發(fā)現(xiàn)問題。

很多人會有疑問，數(shù)字孿生與汽車及零部件企業(yè)設(shè)計開發(fā)中幾乎普遍使用的仿真技術(shù)是什么關(guān)系?“兩者之間既有不同，又有密切的聯(lián)系。”在北方大數(shù)據(jù)與人工智能研究院研究員曾文翔看來，首先，數(shù)字孿生需要依靠計算機仿真、實測、數(shù)據(jù)分析、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)對物體狀態(tài)進行感知、診斷和預(yù)測以優(yōu)化設(shè)計;其次，仿真技術(shù)作為創(chuàng)建和運行數(shù)字孿生的核心，是數(shù)字孿生實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互與融合的基礎(chǔ)，但由于仿真技術(shù)本身以離線方式模擬物體，不具備數(shù)字孿生的實時性、閉環(huán)性等特征及優(yōu)化功能;最后，在此基礎(chǔ)上，數(shù)字孿生必須依托并集成其他新技術(shù)，與傳感器共同在線才能實現(xiàn)保真性、實時性與閉環(huán)性。

數(shù)字孿生成為全球風潮

其實，國外汽車及零部件企業(yè)也在加速應(yīng)用數(shù)字孿生技術(shù)，進行了有價值的探索和應(yīng)用。

“幾乎所有跨國汽車及零部件企業(yè)都在引入數(shù)字孿生技術(shù)，特斯拉稱得上是其中的佼佼者，看看該公司車型的智能化程度就能明白這一點，然而特斯拉對此基本閉口不談，或用其他概念加以模糊處理。”劉繼業(yè)表示，特斯拉汽車的設(shè)計和制造大量使用數(shù)字化技術(shù)幾乎人所共知，但外界并不曉得其數(shù)字孿生研究與應(yīng)用到底達到了何種程度。據(jù)悉，特斯拉及其關(guān)聯(lián)企業(yè)Space X已大量應(yīng)用數(shù)字孿生技術(shù)，并且特斯拉也招攬了不少相關(guān)的數(shù)字化人才。

記者還了解到，零部件巨頭西門子通過數(shù)字孿生技術(shù)實現(xiàn)了高效的設(shè)計、制造：一是通過數(shù)字孿生，對產(chǎn)品進行數(shù)字化設(shè)計、仿真和驗證產(chǎn)品的機械特性，實現(xiàn)了將汽車電氣和電子系統(tǒng)一體化集成;二是基于數(shù)字孿生，規(guī)劃和驗證生產(chǎn)過程、工廠布局、選擇生產(chǎn)設(shè)備并且進行仿真與預(yù)測，以及優(yōu)化人員和制造過程的工作條件;三是在自動生成可編輯控制器的代碼后，通過虛擬調(diào)試技術(shù)，在虛擬環(huán)境中驗證自動化系統(tǒng)，從而實現(xiàn)快速高效的現(xiàn)場調(diào)試，隨后利用數(shù)字孿生優(yōu)化的結(jié)果，將可編輯控制器代碼下載到車間的設(shè)備中，通過全集成自動化，實現(xiàn)高效可靠生產(chǎn);四是通過數(shù)字孿生管理制造運行系統(tǒng)，實現(xiàn)排產(chǎn)、生產(chǎn)執(zhí)行及質(zhì)量檢測，并持續(xù)對生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品進行優(yōu)化。

曾文翔介紹稱，今年6月，博世新建并投產(chǎn)的德累斯頓芯片晶圓廠也應(yīng)用了數(shù)字孿生技術(shù)，成為名副其實的數(shù)字化工廠。博世通過數(shù)字孿生技術(shù)，將來自于設(shè)備、傳感器和產(chǎn)品的所有數(shù)據(jù)記錄在一個中央數(shù)據(jù)庫中，其每秒生成的生產(chǎn)數(shù)據(jù)相當于500頁文本，一天的數(shù)據(jù)相當于4200萬頁文本。這座建筑面積達7.2萬平方米的工廠，最終只需700名工程師即可運作。

同時，保護容易遭黑客入侵的智能汽車相關(guān)系統(tǒng)，也是數(shù)字孿生的一大專長。如今，智能汽車擁有多達150個電控單元及約1億行軟件代碼，從而帶來了網(wǎng)絡(luò)安全隱患。以色列初創(chuàng)企業(yè)Cybellum推出了首款智能汽車網(wǎng)絡(luò)數(shù)字孿生平臺，以應(yīng)對不斷增加的智能汽車網(wǎng)絡(luò)安全風險。據(jù)悉，該平臺能使汽車制造商追蹤監(jiān)控智能汽車運行軟件中的潛在漏洞，發(fā)現(xiàn)并進行修復(fù)，以保證智能汽車在整個生命周期的安全性。正因如此，韓國LG公司近日正在積極籌備收購Cybellum。

個性定制化優(yōu)勢凸顯

今年8月23日，吉利汽車工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)正式發(fā)布。“打造一個無處不在的數(shù)字技術(shù)賦能平臺，在未來5年內(nèi)努力發(fā)展成為全行業(yè)數(shù)字化服務(wù)的世界級工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，而數(shù)字孿生是其中的基礎(chǔ)。”吉利汽車集團高級副總裁劉向陽表示，汽車行業(yè)正從傳統(tǒng)賽道進入到數(shù)字化“高速公路”，利用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和數(shù)字孿生技術(shù)，助力C2M(用戶直連制造)柔性定制，為汽車的個性化、定制化提供了基礎(chǔ)支撐。

“目前，汽車行業(yè)將數(shù)字孿生應(yīng)用于研發(fā)和生產(chǎn)方面，實際上隨著技術(shù)逐步發(fā)展和成熟，它將為汽車個性化、定制化提供可能。這有些類似如今智能手機相對于傳統(tǒng)手機實現(xiàn)的跨越，智能手機打造了一個移動互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)，數(shù)字孿生汽車也會催生類似的變革。”胡權(quán)認為。

“汽車行業(yè)有望全面應(yīng)用數(shù)字孿生汽車理念，實現(xiàn)數(shù)字孿生研發(fā)和數(shù)字孿生制造。我們?yōu)榇藢ｉT建立了‘數(shù)字孿生汽車實驗室’，主攻一些關(guān)鍵核心技術(shù)。”劉繼業(yè)表示，已有很多汽車及零部件企業(yè)都在推進數(shù)字化轉(zhuǎn)型，數(shù)字孿生將成為未來汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的助推器。

“基于增強現(xiàn)實技術(shù)的數(shù)字孿生互聯(lián)網(wǎng)及相關(guān)的新業(yè)態(tài)，才是汽車行業(yè)的終局。”未來黑科技創(chuàng)始人、首席執(zhí)行官徐俊峰介紹稱，微軟和蘋果公司在增強現(xiàn)實的數(shù)字孿生互聯(lián)網(wǎng)中的布局，包括感知、決策系統(tǒng)、芯片和光技術(shù)四大板塊。

目前，華為也在研究光技術(shù)在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用。華為智能汽車解決方案部門首席運營官王軍在日前舉行的2021世界新能源汽車大會上透露，華為將把領(lǐng)先的光技術(shù)應(yīng)用于汽車零部件領(lǐng)域，一方面是圍繞人眼所及之處的場景化需求，打造AR-HUD(增強現(xiàn)實抬顯顯示)、座椅背顯、智能車燈等多款光成像產(chǎn)品，改變?nèi)嗽谲囍械囊曈X體驗。據(jù)介紹，智能車載光技術(shù)的應(yīng)用，將推進車載顯示從液晶屏?xí)r代進入超大屏的光成像時代。另一方面則是車內(nèi)的通信系統(tǒng)，將從電信號轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘?。過去10多年來，華為在光通信領(lǐng)域的研究成果一直排名全球第一。這一切都離不開數(shù)字孿生技術(shù)的支撐。

據(jù)悉，寧德新能源科技有限公司、柳州五菱柳機動力有限公司等汽車及零部件企業(yè)憑借應(yīng)用數(shù)字孿生及相關(guān)技術(shù)，入選了近日工信部公示的《2021年新一代信息技術(shù)與制造業(yè)融合發(fā)展試點示范名單》。

2020年4月，國家發(fā)展改革委、中央網(wǎng)信辦聯(lián)合印發(fā)了《關(guān)于推進“上云用數(shù)賦智”行動培育新經(jīng)濟發(fā)展實施方案的通知》，要求支持在具備條件的行業(yè)領(lǐng)域和企業(yè)范圍探索數(shù)字孿生等新一代數(shù)字技術(shù)應(yīng)用;開展數(shù)字孿生創(chuàng)新計劃，聚焦數(shù)字孿生體專業(yè)化分工中的難點和痛點，引導(dǎo)各方參與提出數(shù)字孿生的解決方案。

“如果說汽車、能源等領(lǐng)域都有一個共性的技術(shù)支撐，那就是數(shù)字孿生。數(shù)字孿生技術(shù)的應(yīng)用能夠大大降低相關(guān)成本，找到共性的技術(shù)和應(yīng)用，可為客戶和消費者提供質(zhì)優(yōu)價廉的產(chǎn)品及服務(wù)。”胡權(quán)表示，在汽車“新四化”變革中，5G、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能都為數(shù)字孿生的應(yīng)用提供了有利條件，數(shù)字孿生也將與這些新技術(shù)一道，打造一個有利于汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的良好生態(tài)。數(shù)字孿生潮流涌動，正在形成蓬勃發(fā)展之勢。“數(shù)字孿生技術(shù)盡管應(yīng)用較快，但總體還處于發(fā)展過程中，能夠規(guī)范和引領(lǐng)技術(shù)發(fā)展的相關(guān)標準仍是空白，亟待健全。”曾文翔補充說。

構(gòu)建數(shù)字孿生生態(tài)助力汽車行業(yè)發(fā)展——專訪工業(yè)4.0研究院院長、數(shù)字孿生體聯(lián)盟理事長胡權(quán)

“當前，汽車產(chǎn)業(yè)正向‘新四化’加速轉(zhuǎn)型，構(gòu)建數(shù)字孿生生態(tài)有助于行業(yè)發(fā)展。”日前，工業(yè)4.0研究院院長、數(shù)字孿生體聯(lián)盟理事長胡權(quán)在接受《中國汽車報》記者采訪時表示。

“根據(jù)汽車行業(yè)的特點，我們把數(shù)字孿生的應(yīng)用分為三個流派。”胡權(quán)介紹道，一是仿真派，沒有仿真就沒有數(shù)字孿生，汽車行業(yè)應(yīng)用較多的CAE(計算機輔助設(shè)計)軟件就是其中之一，特點是數(shù)據(jù)精度較高;二是連接派，主要是企業(yè)應(yīng)用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)進行數(shù)據(jù)連接，數(shù)字孿生需要實時采集數(shù)據(jù)，離不開互聯(lián)網(wǎng)的支持，同步才會產(chǎn)生價值;三是數(shù)據(jù)派，主要指解決方案的傳輸，以及多元數(shù)據(jù)的融合與重構(gòu)，從而對數(shù)字孿生的數(shù)字模型進行判定和優(yōu)化。

對于數(shù)字孿生的共性特點，胡權(quán)也總結(jié)出三點。首先，數(shù)字孿生要有可視化的數(shù)字模型，比如把自動駕駛激光雷達傳感器的成像導(dǎo)入數(shù)字孿生平臺做進一步加工，從而增大其價值;其次是數(shù)字孿生的核心價值來自汽車產(chǎn)品的全生命周期，數(shù)字孿生不僅對整車，也對汽車產(chǎn)品的全生命周期進行管理和優(yōu)化，其中涉及數(shù)據(jù)交換、數(shù)據(jù)流動和數(shù)據(jù)分享;三是數(shù)字孿生的應(yīng)用需要一個時間周期。

胡權(quán)認為，數(shù)字孿生正在發(fā)展成為一個產(chǎn)業(yè)，出現(xiàn)了新的應(yīng)用模式。比如，特斯拉基于數(shù)字孿生的應(yīng)用，提出了一套可改進的生產(chǎn)體系，顛覆了以前的精益生產(chǎn)方式。同時，隨著產(chǎn)業(yè)變革的推進，汽車將實現(xiàn)個性化、定制化，從汽車研發(fā)、生產(chǎn)到使用等各個環(huán)節(jié)都會發(fā)生變化。在汽車個性化時代，消費者也可借助數(shù)字孿生參與車型設(shè)計。

“汽車產(chǎn)業(yè)在歷次工業(yè)革命中都發(fā)揮了重大作用，‘工業(yè)4.0’這一輪也不例外。”胡權(quán)表示，數(shù)字孿生正在逐漸形成真正的技術(shù)生態(tài)，助推汽車產(chǎn)業(yè)變革。(記者：趙建國 )

關(guān)鍵詞： 無聲變革 黑科技 汽車產(chǎn)業(yè) 助推器