妙用Digital Twin 加速驱动智能转型

根据Gartner发布的2017年十大战略技术，「数码双胞胎」(Digital Twin)高居第五位，有助企业深入理解如何改善产品的设计、制造、运作及维护方式。来源：Essentra

几个月前，Gartner依惯例发布2017年十大技术趋势，其中最受瞩目的项目，无疑正是区块链(Blockchain)，甚至被喻为网际网络问世至今，最具有破坏力的一项创新发明。

对于制造企业而言，当然也关注区块链相关技术的发展，只因它可被用于追踪产品履历、保护产品(防止遗失、窃取、伪照或调包)、降低供应链的资金转帐成本、实现供应链协同供货CPFR，但另一个同样被列入十大技术的项目，似乎更加吸睛。

这个被Gartner揭露的亮点，便是Digital Twin，有人把它翻译为「数码双胞胎」，其意指物件或系统的多元软件模型，借助传感器来理解标的物件或系统的真实处境，让使用者能精准快速地反应各种变动情况，从而改善物件或系统的的操作，或增添其附加价值。

以制造业而论，若能善加运用Digital Twin，即等于巧妙建立一套智能代理人，可以主动修复与规划设备服务，规划制程、产线或整座工厂，从而及早预测设备的潜在故障因子、强化产品开发，终至提升营运效能。

由此看来，一旦企业能够妙用工业物联网(IIoT)与Digital Twin，一方面就可以有效汇集来自周边环境或设备的大量数据，二方面更可善用这些数据，在犹如真实世界化身的数码世界里执行模拟运算。

如此一来，企业毋需耗费高昂的成本代价购置大量装置或设备，即可透过Digital Twin这个虚拟分身，持续不断进行分析与测试，并随时针对异常状态进行修补与复原，借此缩短各项创新研发专案的试误历程，且易于维系创新产品的品质与稳定性。

Digital Twin象徵CPS虚实融合技术

有专家甚至认为，深究Digital Twin的本质，即是一种虚实融合技术，与工业4.0所提及的CPS，可说完全契合；因此若说数码双胞胎就是CPS，基本上算是一种正确说法，但Digital Twin似乎比起CPS更为生动到位。

而这个概念无疑是从既有虚拟制造、数码原型(包含几何原型、功能原型、效能原型)等技术基础演化而来，若欲凸显前后差异，则是数码原型之建构目的，主要用于描述产品设计者针对此产品的理想定义，作为产品生产制造、功能与效能分析的指引。

但不可讳言，在真实世界里，产品在生产过程的加工、组装等程序上，难免稍有误差，而后续产品被使用、维修的状态，更充满不可预测性，因此要让真实产品与数码模型保持一致，无疑难上加难，这也使得所有在数码模型上执行的模拟分析，不见得具备有效性。

反观Digital Twin，则充分运用物理模型、传感器数据更新，辅以历史运行数据，并整合多种维度的模拟过程，在虚拟空间中完成映射，进而更能确实反应出实体物件的全生命周期历程。

比方说，一个厂房或产线在尚未建构完毕时，即可先行建立数码模型，举凡3D布局、设备排布、产线规划、人因工程模拟与作业研究等因素皆可纳入其中，继而透过虚拟空间，针对厂房或产线进行预先模拟，假使察觉动线不良、产能不佳或可能造成人员伤害等等不利因子，便可预先排除并修正。

同时把经过优化的参数，传递予实际建厂的工程团队，而日后即使该工厂或产线正式启用，在日常维运过程中，虚实世界两端也能彼此进行信息交换。

值得一提的，随着电脑运算能力增强、传感器价格下降、传感精准度攀高等正面因素加持，展望未来，许许多多事物皆可透过Digital Twin执行高精准度的模拟，使企业得以利用经济实惠且又安全的环境，模拟各种流程改变可能产生的影响，甚至进一步将虚拟实境(VR)、增实境(AR)、混合实境(MR)乃至Digital Twin等不同技术概念，巧妙融合在一起，帮助企业研发团队「身历其境」推动各种创新探索。

就在去年(2016)，身处工业4.0概念发源地(德国)的西门子，便在其论坛活动中，针对Digital Twin做了绝佳演绎。该公司强调，透过Digital Twin可助企业纵向或横向整合价值链，从而为工业生态系的建构、乃至工业4.0的实现，打造一条从上到下完整的实践路径。

更让人啧啧称奇的，西门子也将VR技术运用得淋漓尽致，于英国柴郡的一座工厂内安装Virtalis虚拟实境软件与系统，藉以实现组装制程的模拟与优化，并提升概念设计的效率、有效执行工厂规划，针对制程过程早期阶段可能出现的种种问题，一并加以解决。

不仅如此，西门子除透过这套Virtalis VR系统，帮助这座英国工厂减少差错外，更促进跨专业领域的大规模沟通，使得不论是生产工程师、测试工程师、生产管理者、生产作业员，甚至研发单位、机构部门、物流公司或外包商，都能在VR环境中共同作业，确保新产品研发专案的各个设计环节都趋于完善。

数码双胞胎加VR  挥洒弹性制造效益

总而言之，虚拟实境、Digital Twin等技术之于工业界的运用范围相当广阔，从虚拟厂区布置、虚拟原型、网路虚拟制造、虚拟装配，一直到虚拟工厂的建立等，皆拥有很高的利基优势。

专家解释，伴随工业生产技术进步，不少制造企业为了提升竞争力，纷纷把原本单一生产的机台模式，转变为多台机械連线的自动化生产模式，并结合电脑控制，满足少量多样的弹性化生产需求，组合为多数业者并不陌生的弹性制造系统(FMS)。

然而一套FMS个中涵盖多个自动化岛(Islands of Automation)，由多台CNC加工机、搬运设备(例如无人搬运車、输送带、机械手臂)、仓储系统与监控电脑等单元共同组成，可想而知，意欲维运FMS，少不得需要投注大量金钱与人力资源，且可能衍生莫大风险。

为了兼收趋吉避凶、撙节成本等多重效益，近年来部份企业已结合FMS、VR与Digital Twin等不同系统与技术，构筑一套虚拟弹性制造系统，让使用者可透过网际网络从线上操控系统，譬如藉由CAD/CAM软件将绘制好的工件图形转为NC码，接着把NC档案传送到服务器，进而汇入虚拟弹性制造系统，实现整个系统加工作业，达到虚拟制造目标。

专家一并提醒，尽管Digital Twin对于制造业而言，算是富含魅力的应用模式，但不宜将之窄化为只是一套「构型管理工具」、「制成品的3D尺寸模型」或是「制成品的模型定义(MBD)」，它主要是透过内嵌的综合健康管理系统(IVHM)，再整合传感器数据、历史维运数据，经由大数据挖掘出来的高值化信息，因而可持续预测装置、设备或系统的健康状态、剩余使命寿命，甚至是执行任务的成功机率，亦可预先洞察潜在的安全事件，显示这些装置、设备或系统的未知问题。

更有甚者，制造企业一经采用Digital Twin，也可能透过启动自癒机制或建议修改任务参数等方式，针对有疑虑的装置、设备或系统进行降级，以便将可能的损害降低到最轻微程度，等于把迈向工业4.0目标的路障，予以有效排除。