工具機數位分身 實現AI智造願景

AI。联合报系资料照

[作者 卢杰瑞]

数位分身可以预测机器的运作状态，透过结合实际机器运作资讯，最大限度地发挥实际系统的性能。此外，还能更精确地掌握因故障、寿命终止等原因进行维护的时机，实现机械系统更好的运作。

根据西门子部落格文章，阿波罗飞船应该是第一个实现数位分身概念的太空船。众所周知，阿波罗13号因氧气罐爆炸损坏飞船的事故幸存而闻名，在这次事故中，被认为是数位分身先驱的技术，利用操作物理特性来改变太空船后，再透过剩余的电力和水返回地球的极端过程。

而类似数位分身这样技术是一种模拟器，透过结合休士顿的Johnson太空中心实际指挥舱，和月球着陆器的硬体系统以及电脑，来重建太空船紧急的环境状况，进而模拟太空船在事故发生时的情况，以及考虑如何使用有限的电力执行返回地球所需的操作程序。最终，太空人平安的返回地球，同时也能还原整个事故过程与关键点。

透过这种方式，重现远端现场发生的情况、预测未来情况并做出回应，从20世纪的60年代末到70年代初就已经被实践过。

因此数位分身可以定义为物理空间中，存在的系统的电脑或数位复制品。与传统模拟的不同之处在于，可以预测机器的运作状态，透过结合实际机器运作资讯，最大限度地发挥实际系统的性能。此外，还能更精确地掌握因故障、寿命终止等原因进行维护的时机，实现机械系统更好的运作。而透过在产品开发的规划和设计阶段建立数位分身，更快地实现所需的性能，降低产品成本和开发时间。

半个世纪过去了，电脑的处理能力和通讯速度都得到了巨大的提高，数位分身的建构更成为了有效利用硬体，和软体组成的机械系统的常规技术，这可说是一个正面进化的方向。在这里，我们将根据上述的定义来说明目前数位分身应用在工具机的现况和发展。

透过数位分身简化试切

在购买工具机之前，有一个称为「试切」的过程，以确认金属加工精度和生产率是否符合要求。例如从2021年开始，DMG就有提供这项服务。

该服务是透过数位化建构工具机、工具、加工材料和治具的物理特性来再现切削过程。无论是静态和动态特性均以高精度建模，与使用实际工具机进行加工相比，可以进行误差正负几个百分点的加工模拟。该系统的特点在于，允许操作者随时运行模拟，而不管机器可用性，或工具、加工材料和治具的可用性如何，这大幅减少了试切所需的时间。由于不使用实际设备，因此还具有减少工具、材料、冷却剂和电力消耗的优点。DMG就是基于数位分身技术下，开发出此系统与服务。

数位分身可在电脑上对实际系统的行为进行建模。可以说，数位分身的完整性是透过建立一个模型来证明的，而该模型的输出行为准确地代表了回应目标系统输入的现实。在使用工具机进行切削的情况下，再现加工过程中发生的物理现象是非常重要，而在基于数位分身的技术下，可透过再现现象的准确性而增加。

透过数位分身技术开发的架构与功能

说到切削加工模拟软体，最著名的是美国ThirdWave Systems的「AdvantEdge」。虽然加工现像是在有限元素的基础上进行模拟的，但需要大量的时间进行分析，虽然耗费了一些时间，不仅可以预测切削力，还可以预测温度、残余应力和应变等详细资讯。因此不止可用于最佳化切削条件，还可用于设计刀具。

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