達諾巴特集團 ：用數字孿生技術賦能中國工業技術創新

事實上，除了阿波羅13號飛船，NASA還擁有一套極其完整、高精度的模擬仿真系統。而這套仿真系統，成了解救太空人回家的「頭號功臣」，多年後，它擁有一個更為響亮的名號——數字孿生。

數字孿生在工業中有哪些應用，它的價值在哪兒呢？

清華大學工業工程系副教授蔡臨寧告訴《商學院》記者，不僅是在航天系統，工廠運營規劃、城市運營，甚至包括一場大型活動的預演，都會用到仿真技術，技術也在不斷疊代。最初的仿真技術可能只是些數據，之後能夠通過動畫的方式展現出來，但仿真是「仿」，與真實世界仍有差別，因為真實世界可能會有各種不確定的變化和因素。如何做到更真實？如今藉助大數據、雲計算與物聯網技術，通過各種各樣的傳感器將真實的數據映射到計算機系統中，實時傳輸數據及反饋，幫助用戶提升效率解決問題，這一整套技術就是數字孿生。

舉個例子，用螺絲將兩個部件固定起來是工業領域常見的動作，早在電影《摩登時代》中，擰螺絲就被給予了特別的演繹，卓別林需要「爭分奪秒」，見到螺絲就要擰。這還屬於早期工業時代，此後關於擰螺絲的工藝不斷改進，比如有了不同工序「擰幾圈」的要求，再往後，手擰螺絲刀變成了電動的。如今，在一些先進的工廠，擰螺絲的工序很多交給了機器人或機器手來執行，每個機器手上遍布了無數的傳感器，擰多少牛（力的單位），由程序來設定，每個進程的相應數據，都在「孿生」系統中有記錄。假如一道工序上的螺絲需要擰100牛（機器手也是這樣執行的），但成品件中發現力度不夠，通過「孿生」系統發現其原因是機器手上的螺絲刀壞了，再更換後可繼續正常使用。或許更先進的數字孿生技術，能夠在螺絲刀壞了就報警，或者即將達到使用上限就提前提醒工作人員更換螺絲刀。可見數字孿生技術可以使效率得到大大提升。

「中國的工業數字化發展非常迅猛，在全球處於引領地位，燈塔工廠的數量也是全球最多的。」達諾巴特集團中國總經理喬·桑滕斯（Jo Santens）對《商學院》記者說。正是因此，作為中國智能製造的「幕後英雄」，達諾巴特集團在中國的數字化轉型更加積極，力度更大。因為要助力客戶數字化轉型，首先要「練好內功」，不斷增大數字化團隊規模。「我們自身數字化建設包含了通過數字孿生技術縮短產品的設計和調試周期，增進業務流程的數字化和加強數據安全保障。」桑滕斯說。

達諾巴特集團中國總經理 喬·桑滕斯( Jo Santens )

中國正堅定地向智能製造、數字化生產轉型，看到了其在航空航天、軌道交通、新能源汽車等高端與新興製造領域的增長潛能，也感受到了躍動在新一代中國製造力量中的創新精神。

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更大化數字孿生的價值

通過數字孿生技術，對數字設備進行模擬運轉以及加工驗證，改變了早期的串聯流程安排，大大加快了設備研發周期。

正如桑滕斯所說，中國的工業數字化發展非常迅猛，但工業4.0的進程，也不是一蹴而就的，就如當年企業應用ERP、e-HR等系統，很多企業主都是在觀望或抱著嘗試的心態。

達諾巴特集團全球已經有成功的案例，給準備應用數字孿生技術的企業以信心。

澳大利亞地廣人稀，西北部皮爾巴沙漠地區氣溫普遍高達45攝氏度以上。這個荒涼的地區擁有豐富的礦藏，靠鐵路將寶礦運出來。

為此，他們還需要建一個鐵路貨車自動化維修工廠。貨車常在極端氣候環境下暴露，車輛磨損快，在這樣的環境下，工人的工作環境和成本都非常高，如果採用傳統的建廠、模擬、試運營，效率低，試錯成本高，降本增效的任務給到了達諾巴特集團。

達諾巴特集團從早期就利用數字孿生技術對工藝方案、工廠布局、內部物流自動運輸、生產流程和質量追溯進行分析和優化，在數字世界裡對工廠的運營進行模擬，發現瓶頸點，通過改善瓶頸點來優化工廠的整體產出，減少投資成本。同時，通過數字孿生技術的實施，客戶可以在很早期就深入參與到設計過程中，利用達諾巴特集團和用戶兩方面的經驗共同滿足最優方案。當工廠開始建設時，用戶的操作人員培訓即可同步開始，項目建成後很快即可爬坡至最大產能負荷，減少投資回報的周期。數字孿生的作用不僅是在智能工廠全局的規划上，在每個工作單元的詳細設計中，數字孿生幫助每個工作單元優化細節設計和布局，在空間安排、物流線路和操作者人機工程、時間節拍上給予真實模擬，幫助優化。

當工廠投產後，結合達諾巴特集團提供的MES系統，數字孿生技術可以幫助管理者，實時掌握工廠設備和物流設施的狀態，對生產計劃做出調整。當設備生產計劃或者產品發生重大變化時，達諾巴特數字孿生工廠還可以對工廠進行模擬運行，找出瓶頸，協助用戶做出科學的決策。

達諾巴特集團相關負責人向記者透露，整個人機單元只需要5個人工作。項目開始後，藉助數字孿生技術，他們可以持續改善工作流程，做到更好。

這一全球性的樣本，樹立了達諾巴特集團在數字化領域的地位。

「數字孿生是近年來開始逐步流行的技術，但是達諾巴特集團已經有了非常久的自身使用和用戶項目實施經驗。」桑滕斯說，在自身的產品設計上，通過數字孿生技術，在PC機里同步並行完成工具機的機械，電氣和軟體設計、仿真和調試工作，對數字設備進行模擬運轉以及加工驗證，改變了早期先完成機械設計，再進行電氣設計，最後當設備裝配完後，再通電進行軟體調整的串聯流程安排，大大加快了設備研發周期，增加了協同，提高了產品的質量。

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改變「煙囪林立」問題

改變「煙囪林立」問題，不是達諾巴特集團一家企業能夠實現的，需要在「朋友圈」里共同實現。

達諾巴特集團作為全球領先的精密工具機設備及解決方案供應商，客戶遍布各生產企業，一汽-大眾、上汽集團、東風汽車、長安汽車、南車集團、北車集團等國內知名企業，都是達諾巴特集團的客戶。

以汽車行業為例，總裝車間是汽車整車廠工序最多的車間，鋼鐵經過衝壓成為白車身後，再經焊裝、塗裝，最終在總裝車間要裝配1000～2000個零部件才能成為整車。

當你走進一家汽車企業的總裝車間，不僅有達諾巴特集團的設備，還有ABB、西門子、蔡司、住友……不同的設備負責不同的工序任務。

不僅是達諾巴特集團，所有的設備生產供應商以及整車廠，都看到了工業4.0、數字孿生技術的前景，它們紛紛大力加碼相關技術。這就帶來了一個明顯的問題：每一家設備提供商都在做數字孿生技術，而工廠自己也在做 ，但彼此的數據不統一，交互性差。繁多的數據、系統標準和格式都不統一，冗餘數據非常多，有效數據難篩選，蔡臨寧將這一問題形容為「煙囪林立」問題，眾多的數據反而會出現「數據孤島」問題。

蔡臨寧給記者舉了個小例子，熱處理是金屬部件常見的工藝之一，僅以溫度一項工藝研究，淬火溫度是880攝氏度，通過水冷方式進行。想要在數字孿生技術中記錄該工藝，不同的設備及工序間都裝有相應的傳感器，但這些傳感器來自不同的生產廠商，溫度的精度及標準也存在一定的誤差，最終造成即使是數據記錄880攝氏度，但可能存在微小的偏差，到底以哪台機器的880攝氏度為標準，現階段都沒有絕對的統一。

而真正的生產過程中，絕不只有溫度一個標準，背後有更加複雜的數據系統。桑滕斯說，加工生產是一個系統性的工程，工件的質量和生產的效率，除了工具機本身的品質以外還受到切削材料、測量、冷卻潤滑等各方面的影響。整個體系中的短板決定了生產輸出的上限。

「我們可以理解，工業系統也需要有像微軟的Windows、或手機中的iOS或安卓這樣的作業系統，各個設備、工藝間的數據通過重新篩選，在雲端完成計算，再通過視覺系統反饋給用戶，但現在這個系統暫時還沒有，一些優秀的企業正在分行業進行研發。」蔡臨寧說。

回到達諾巴特集團，面對這個問題，現階段是如何解決的呢？

機械世界有它們的「話語系統」，umati（通用機械技術接口）是為機械製造業及客戶提供開放通信接口的全球倡議，讓機器和軟體之間的連接變得簡單、安全、無縫，達諾巴特集團不僅是umati的會員，也在參與制定和推廣標準。

改變「煙囪林立」問題，不是達諾巴特集團一家企業能夠實現的，需要在「朋友圈」里共同實現。

「作為市場的領先者，達諾巴特集團很早就意識到了這一點。除了給用戶提供更好更適合的工具機，我們也希望幫助客戶提高最終的生產輸出效果。因此，達諾巴特集團牽頭聯合合作夥伴共同發起了『榮耀盒計劃』，目前合作夥伴包括西門子、蔡司、馬波斯、法格自動化、福斯、尼德曼、博森、泰勒霍普森等，隨著生產圈的逐步壯大，我們可以借各家之長，為客戶提供一站式的服務，同時藉助系統的優勢，也能為客戶減少成本消耗。目前榮耀盒項目的合作夥伴還在不斷的壯大中。」 做為榮耀盒項目的發起人，達諾巴特集團中國營運長鍾鶴鳴介紹。

我們清晰看到，中國正堅定地向智能製造、數字化生產轉型，看到了其在航空航天、軌道交通、新能源汽車等高端與新興製造領域的增長潛能，也感受到了躍動在新一代中國製造力量中的創新精神。這一切無不在告訴我們，必須為用戶提供更全面、更深入、更具個性化的本地產品與解決方案，這正是卓越中心成立的初衷。」桑滕斯說。

今年5月落成的上海卓越中心，是達諾巴特「硬核」技術的展示與體驗中心。中心配置了集團旗下品牌的多台代表性設備樣機，包括內外圓磨床、無心磨床、高精度硬車車床和鏜銑加工中心，可供用戶直觀地感受加工流程，提供實切、測試服務。

「上海卓越中心將與集團全球研發平台共享資源，以中國速度打造具備國際品質的解決方案，以更敏捷的創新組織和更強大的本土協同創新力，源源不斷地向行業、向全球用戶輸送創新技術、創新應用，賦能本土用戶走向更大的世界舞台。」桑滕斯如是說。

（本文圖片由受訪者提供）

來源 | 《商學院》雜誌2023年9月刊