什麼是數位孿生(Digital twin)?
數位孿生是指透過整合物理回饋資料,並透過人工智慧、機器學習和軟體分析,建立一個數位化類比,而這個類比會根據回饋的資料進行自我學習,即時在數位世界裡呈現實體的真實情況,而這可以應用在各種行業中,可以縮短產品開發週期與成本、降低維護成本與提升服務品質等。
在智慧切削中,若要做到整體製程的預測,一定非常需要仰賴IIoT的特性,而要讓切削數據能快速反應,勢必就得走向數位孿生(digital twin),透過回饋資料及自我學習,即時在數位世界裡呈現實體的真實情況,可縮短產品開發週期與成本、降低維護成本與提升服務品質等。
數位孿生是指透過整合物理回饋資料,並透過人工智慧、機器學習和軟體分析,建立一個數位化類比,而這個類比會根據回饋的資料進行自我學習,即時在數位世界裡呈現實體的真實情況,而這可以應用在各種行業中,可以縮短產品開發週期與成本、降低維護成本與提升服務品質等。
模擬是透過數學公式或演算等方法,將事件或物件呈現出來的一個種技術,像是模擬機器在運作中受到衝擊或破壞,並藉此作為基礎評估該機器的優化方向,而這樣的技術導入到產線中,將能提升生產效率與良率。而數位孿生也是一種模擬的技術,但相較之下數位孿生能提供更多分析的虛擬環境,它們之間的差異在於模擬通常是用於檢查特定的過程,而數位孿生則能用數個模擬來研究多個過程,並提供更有價值的分析。
模擬通常僅是以假設性的方式進行,無法從實際的數據中受惠,而數位孿生則是建立在數據的雙向溝通,從感測器蒐集數據傳遞至處理器後,再由處理器產生回饋進行雙向的溝通,這樣的方式讓數位孿生能擁有跨領域的能力與源源不絕的數據,再加上原有的運算能力,可以從多個角度去了解問題,相較於傳統的模擬方式能真正提供有效的決策。
舉個例子,從飛機的模擬來說,需要以有效的模擬模型來進行測試,而這需要針對型號、體機與其他相關數據點,再透過攝影的方式建立幾何模型,而在這樣的模擬下卻不是飛機的真實數據,僅是模型的推算,而在數位孿生的環境中,是依靠實體的物件進行檔案的建立,像是運行速度、引擎溫度、當下的壓力等,因此在建立模型時會是一個真實且完整的複製品,而這樣的應用能為優化帶來更大的效益。
數位孿生可以根據不同的程度有多種類型,最大的差別在於應用的領域不同,而不同的數位孿生是可以共存在系統或流程之間的,可分成下列這幾種類型:
1、組件/零件孿生:組件孿生為數位孿生最基本的單位,屬於最小的功能組件,而零件孿生則是相同的概念,但是以相對較不重要的組件為主。
2、資產孿生:當多個組件一起運作時,就會形成「資產」,可以在之中研究這些組件的互動,並產生一些有效數據,進一步分析與轉化成建議方案。
3、系統或單位孿生:再放大一層就是系統貨單位孿生,可以將不同資產結合成一整個運作系統,並提供各個資產間的互動可見性,更能提出最佳的建議方案。
4、過程孿生:此種是最宏觀的層次,可以顯示系統是如何共同創造整個製程,並能展現最高效率或每個系統互相影響的程度,並有助於提供最終能影響整體效能的準確方案。
上列影片為TCC_easyinline機上版的智慧刀把,結合著軟體Spike®_map,能夠輕鬆地將數位孿生直接導入工具機內,左方為實際的航太葉片切削,右方為切削過程中實際的訊號所建構出的3D模型,虛實整合的呈現可以讓加工業者們快速輕鬆地判斷工件品質、機床體質、切削效率,甚至是掌握成本。
舉個例子,下圖為真實訊號建構出來的3D模型圖,會看出上面有些奇怪的紋路,顏色(藍→紅=弱→強)代表不同的切削力,葉片腰間有一條藍色的輕切削力的線,可以明顯知道葉片上下兩塊是不同程式組成,再來看到葉片下半段有類似賽璐珞紋,這是螺桿間隙與電機同動誤差所造成的紋路,這樣的3D虛擬圖其實已經超越了虛擬,實實在在反應出葉片最終品質的真實分身,完全體現出數位孿生的益處。
數位孿生是以人工智慧建立一個數位化類比,並會根據資料進行機器學習,在數位世界呈現現實的情況,可以讓企業降低產品開發週期與成本。與模擬不同,模擬通常用於檢查特定過程且是以假設性的方式進行,而數位孿生可以用數個模擬研究多個過程,且為建立在數據上的雙向溝通,能真正提供有效的分析與決策。數位孿生的類型可根據不同應用領域分為組件/零件孿生、資產孿生、系統或單位孿生與過程孿生。透過TCC_easyinline機上版的智慧刀把,結合軟體Spike®_map能將數位孿生導入至工具機內,虛實整合可以讓加工業者輕鬆快速地判斷工件品質、機床體質、切割效率,最重要的是能掌握成本。