达诺巴特集团 ：用数字孪生技术赋能中国工业技术创新

文｜朱耘

ID | BMR2004

2023年，人工智能、大模型可谓是年度科技热词，这些先进的技术不仅在我们的生活中常见，在工业领域也快速普及。大数据、云计算、物联网技术、数字孪生技术的应用，让工业4.0离我们越来越近了。

其中，数字孪生技术的应用，在工厂、城市指挥中心、文物保护等多个领域广泛应用，核心原因在于技术的成本不断下降，而该技术带来的价值则日益突显。

达诺巴特集团是来自西班牙的一家专注于提供尖端机械解决方案和服务的公司，旗下的精密磨床、车床、数控机器人等，是“中国制造”高端产品背后的“无名英雄”。随着中国智造升级和数字化转型的市场需求不断上升，今年达诺巴特集团（中国）推出了先进的数字化解决方案，助力中国工业企业智能化升级和数字化转型。

在工业领域，面对工艺复杂的场景，特别是投资周期长、试错成本大的项目，利用数字孪生技术获得的收益惊人，这也是达诺巴特集团不断加大数字化投入的初衷。

提起数字孪生技术，很多人都会提到“阿波罗13号惊魂”这一真实事件，1970年4月阿波罗13号飞船即将抵达月球，舱外一个氧气罐发生爆炸，这让阿波罗13号的电力和生命系统失去了主要的物质来源。

此时，数千名NASA（美国国家航空航天局）地面支持人员日以继夜地工作，终于让飞船上的三名宇航员安全回家。

事实上，除了阿波罗13号飞船，NASA还拥有一套极其完整、高精度的模拟仿真系统。而这套仿真系统，成了解救宇航员回家的“头号功臣”，多年后，它拥有一个更为响亮的名号——数字孪生。

数字孪生在工业中有哪些应用，它的价值在哪儿呢？

清华大学工业工程系副教授蔡临宁告诉《商学院》记者，不仅是在航天系统，工厂运营规划、城市运营，甚至包括一场大型活动的预演，都会用到仿真技术，技术也在不断迭代。最初的仿真技术可能只是些数据，之后能够通过动画的方式展现出来，但仿真是“仿”，与真实世界仍有差别，因为真实世界可能会有各种不确定的变化和因素。如何做到更真实？如今借助大数据、云计算与物联网技术，通过各种各样的传感器将真实的数据映射到计算机系统中，实时传输数据及反馈，帮助用户提升效率解决问题，这一整套技术就是数字孪生。

举个例子，用螺丝将两个部件固定起来是工业领域常见的动作，早在电影《摩登时代》中，拧螺丝就被给予了特别的演绎，卓别林需要“争分夺秒”，见到螺丝就要拧。这还属于早期工业时代，此后关于拧螺丝的工艺不断改进，比如有了不同工序“拧几圈”的要求，再往后，手拧螺丝刀变成了电动的。如今，在一些先进的工厂，拧螺丝的工序很多交给了机器人或机器手来执行，每个机器手上遍布了无数的传感器，拧多少牛（力的单位），由程序来设定，每个进程的相应数据，都在“孪生”系统中有记录。假如一道工序上的螺丝需要拧100牛（机器手也是这样执行的），但成品件中发现力度不够，通过“孪生”系统发现其原因是机器手上的螺丝刀坏了，再更换后可继续正常使用。或许更先进的数字孪生技术，能够在螺丝刀坏了就报警，或者即将达到使用上限就提前提醒工作人员更换螺丝刀。可见数字孪生技术可以使效率得到大大提升。

“中国的工业数字化发展非常迅猛，在全球处于引领地位，灯塔工厂的数量也是全球最多的。”达诺巴特集团中国总经理乔·桑滕斯（Jo Santens）对《商学院》记者说。正是因此，作为中国智能制造的“幕后英雄”，达诺巴特集团在中国的数字化转型更加积极，力度更大。因为要助力客户数字化转型，首先要“练好内功”，不断增大数字化团队规模。“我们自身数字化建设包含了通过数字孪生技术缩短产品的设计和调试周期，增进业务流程的数字化和加强数据安全保障。”桑滕斯说。

正如桑滕斯所说，中国的工业数字化发展非常迅猛，但工业4.0的进程，也不是一蹴而就的，就如当年企业应用ERP、e-HR等系统，很多企业主都是在观望或抱着尝试的心态。

达诺巴特集团全球已经有成功的案例，给准备应用数字孪生技术的企业以信心。

澳大利亚地广人稀，西北部皮尔巴沙漠地区气温普遍高达45摄氏度以上。这个荒凉的地区拥有丰富的矿藏，靠铁路将宝矿运出来。

为此，他们还需要建一个铁路货车自动化维修工厂。货车常在极端气候环境下暴露，车辆磨损快，在这样的环境下，工人的工作环境和成本都非常高，如果采用传统的建厂、模拟、试运营，效率低，试错成本高，降本增效的任务给到了达诺巴特集团。

达诺巴特集团从早期就利用数字孪生技术对工艺方案、工厂布局、内部物流自动运输、生产流程和质量追溯进行分析和优化，在数字世界里对工厂的运营进行模拟，发现瓶颈点，通过改善瓶颈点来优化工厂的整体产出，减少投资成本。同时，通过数字孪生技术的实施，客户可以在很早期就深入参与到设计过程中，利用达诺巴特集团和用户两方面的经验共同满足最优方案。当工厂开始建设时，用户的操作人员培训即可同步开始，项目建成后很快即可爬坡至最大产能负荷，减少投资回报的周期。数字孪生的作用不仅是在智能工厂全局的规划上，在每个工作单元的详细设计中，数字孪生帮助每个工作单元优化细节设计和布局，在空间安排、物流线路和操作者人机工程、时间节拍上给予真实模拟，帮助优化。

当工厂投产后，结合达诺巴特集团提供的MES系统，数字孪生技术可以帮助管理者，实时掌握工厂设备和物流设施的状态，对生产计划做出调整。当设备生产计划或者产品发生重大变化时，达诺巴特数字孪生工厂还可以对工厂进行模拟运行，找出瓶颈，协助用户做出科学的决策。

达诺巴特集团相关负责人向记者透露，整个人机单元只需要5个人工作。项目开始后，借助数字孪生技术，他们可以持续改善工作流程，做到更好。

这一全球性的样本，树立了达诺巴特集团在数字化领域的地位。

“数字孪生是近年来开始逐步流行的技术，但是达诺巴特集团已经有了非常久的自身使用和用户项目实施经验。”桑滕斯说，在自身的产品设计上，通过数字孪生技术，在PC机里同步并行完成机床的机械，电气和软件设计、仿真和调试工作，对数字设备进行模拟运转以及加工验证，改变了早期先完成机械设计，再进行电气设计，最后当设备装配完后，再通电进行软件调整的串联流程安排，大大加快了设备研发周期，增加了协同，提高了产品的质量。

达诺巴特集团作为全球领先的精密机床设备及解决方案供应商，客户遍布各生产企业，一汽-大众、上汽集团、东风汽车、长安汽车、南车集团、北车集团等国内知名企业，都是达诺巴特集团的客户。

以汽车行业为例，总装车间是汽车整车厂工序最多的车间，钢铁经过冲压成为白车身后，再经焊装、涂装，最终在总装车间要装配1000～2000个零部件才能成为整车。

当你走进一家汽车企业的总装车间，不仅有达诺巴特集团的设备，还有ABB、西门子、蔡司、住友……不同的设备负责不同的工序任务。

不仅是达诺巴特集团，所有的设备生产供应商以及整车厂，都看到了工业4.0、数字孪生技术的前景，它们纷纷大力加码相关技术。这就带来了一个明显的问题：每一家设备提供商都在做数字孪生技术，而工厂自己也在做 ，但彼此的数据不统一，交互性差。繁多的数据、系统标准和格式都不统一，冗余数据非常多，有效数据难筛选，蔡临宁将这一问题形容为“烟囱林立”问题，众多的数据反而会出现“数据孤岛”问题。

蔡临宁给记者举了个小例子，热处理是金属部件常见的工艺之一，仅以温度一项工艺研究，淬火温度是880摄氏度，通过水冷方式进行。想要在数字孪生技术中记录该工艺，不同的设备及工序间都装有相应的传感器，但这些传感器来自不同的生产厂商，温度的精度及标准也存在一定的误差，最终造成即使是数据记录880摄氏度，但可能存在微小的偏差，到底以哪台机器的880摄氏度为标准，现阶段都没有绝对的统一。

而真正的生产过程中，绝不只有温度一个标准，背后有更加复杂的数据系统。桑滕斯说，加工生产是一个系统性的工程，工件的质量和生产的效率，除了机床本身的品质以外还受到切削材料、测量、冷却润滑等各方面的影响。整个体系中的短板决定了生产输出的上限。

“我们可以理解，工业系统也需要有像微软的Windows、或手机中的iOS或安卓这样的操作系统，各个设备、工艺间的数据通过重新筛选，在云端完成计算，再通过视觉系统反馈给用户，但现在这个系统暂时还没有，一些优秀的企业正在分行业进行研发。”蔡临宁说。

回到达诺巴特集团，面对这个问题，现阶段是如何解决的呢？

机械世界有它们的“话语系统”，umati（通用机械技术接口）是为机械制造业及客户提供开放通信接口的全球倡议，让机器和软件之间的连接变得简单、安全、无缝，达诺巴特集团不仅是umati的会员，也在参与制定和推广标准。

改变“烟囱林立”问题，不是达诺巴特集团一家企业能够实现的，需要在“朋友圈”里共同实现。

“作为市场的领先者，达诺巴特集团很早就意识到了这一点。除了给用户提供更好更适合的机床，我们也希望帮助客户提高最终的生产输出效果。因此，达诺巴特集团牵头联合合作伙伴共同发起了‘荣耀盒计划’，目前合作伙伴包括西门子、蔡司、马波斯、法格自动化、福斯、尼德曼、博森、泰勒霍普森等，随着生产圈的逐步壮大，我们可以借各家之长，为客户提供一站式的服务，同时借助系统的优势，也能为客户减少成本消耗。目前荣耀盒项目的合作伙伴还在不断的壮大中。” 做为荣耀盒项目的发起人，达诺巴特集团中国首席运营官钟鹤鸣介绍。

我们清晰看到，中国正坚定地向智能制造、数字化生产转型，看到了其在航空航天、轨道交通、新能源汽车等高端与新兴制造领域的增长潜能，也感受到了跃动在新一代中国制造力量中的创新精神。这一切无不在告诉我们，必须为用户提供更全面、更深入、更具个性化的本地产品与解决方案，这正是卓越中心成立的初衷。”桑滕斯说。

今年5月落成的上海卓越中心，是达诺巴特“硬核”技术的展示与体验中心。中心配置了集团旗下品牌的多台代表性设备样机，包括内外圆磨床、无心磨床、高精度硬车车床和镗铣加工中心，可供用户直观地感受加工流程，提供实切、测试服务。

“上海卓越中心将与集团全球研发平台共享资源，以中国速度打造具备国际品质的解决方案，以更敏捷的创新组织和更强大的本土协同创新力，源源不断地向行业、向全球用户输送创新技术、创新应用，赋能本土用户走向更大的世界舞台。”桑滕斯如是说。

（本文图片由受访者提供）

来源 | 《商学院》杂志2023年9月刊

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