妙用Digital Twin 加速驅動智慧轉型

根據Gartner發布的2017年十大戰略技術，「數位雙胞胎」(Digital Twin)高居第五位，有助企業深入理解如何改善產品的設計、製造、運作及維護方式。來源：Essentra

幾個月前，Gartner依慣例發布2017年十大技術趨勢，其中最受矚目的項目，無疑正是區塊鏈(Blockchain)，甚至被喻為網際網路問世至今，最具有破壞力的一項創新發明。

對於製造企業而言，當然也關注區塊鏈相關技術的發展，只因它可被用於追蹤產品履歷、保護產品(防止遺失、竊取、偽照或調包)、降低供應鏈的資金轉帳成本、實現供應鏈協同供貨CPFR，但另一個同樣被列入十大技術的項目，似乎更加吸睛。

這個被Gartner揭露的亮點，便是Digital Twin，有人把它翻譯為「數位雙胞胎」，其意指物件或系統的多元軟體模型，借助感測器來理解標的物件或系統的真實處境，讓使用者能精準快速地反應各種變動情況，從而改善物件或系統的的操作，或增添其附加價值。

以製造業而論，若能善加運用Digital Twin，即等於巧妙建立一套智慧代理人，可以主動修復與規劃設備服務，規劃製程、產線或整座工廠，從而及早預測設備的潛在故障因子、強化產品開發，終至提升營運效能。

由此看來，一旦企業能夠妙用工業物聯網(IIoT)與Digital Twin，一方面就可以有效彙集來自週邊環境或設備的大量資料，二方面更可善用這些數據，在猶如真實世界化身的數位世界裡執行模擬運算。

如此一來，企業毋需耗費高昂的成本代價購置大量裝置或設備，即可透過Digital Twin這個虛擬分身，持續不斷進行分析與測試，並隨時針對異常狀態進行修補與復原，藉此縮短各項創新研發專案的試誤歷程，且易於維繫創新產品的品質與穩定性。

Digital Twin象徵CPS虛實融合技術

有專家甚至認為，深究Digital Twin的本質，即是一種虛實融合技術，與工業4.0所提及的CPS，可說完全契合；因此若說數位雙胞胎就是CPS，基本上算是一種正確說法，但Digital Twin似乎比起CPS更為生動到位。

而這個概念無疑是從既有虛擬製造、數位原型(包含幾何原型、功能原型、效能原型)等技術基礎演化而來，若欲凸顯前後差異，則是數位原型之建構目的，主要用於描述產品設計者針對此產品的理想定義，作為產品生產製造、功能與效能分析的指引。

但不可諱言，在真實世界裡，產品在生產過程的加工、組裝等程序上，難免稍有誤差，而後續產品被使用、維修的狀態，更充滿不可預測性，因此要讓真實產品與數位模型保持一致，無疑難上加難，這也使得所有在數位模型上執行的模擬分析，不見得具備有效性。

反觀Digital Twin，則充分運用物理模型、感測器資料更新，輔以歷史運行數據，並整合多種維度的模擬過程，在虛擬空間中完成映射，進而更能確實反應出實體物件的全生命週期歷程。

比方說，一個廠房或產線在尚未建構完畢時，即可先行建立數位模型，舉凡3D布局、設備排佈、產線規劃、人因工程模擬與作業研究等因素皆可納入其中，繼而透過虛擬空間，針對廠房或產線進行預先模擬，假使察覺動線不良、產能不佳或可能造成人員傷害等等不利因子，便可預先排除並修正。

同時把經過優化的參數，傳遞予實際建廠的工程團隊，而日後即使該工廠或產線正式啟用，在日常維運過程中，虛實世界兩端也能彼此進行資訊交換。

值得一提的，隨著電腦運算能力增強、感測器價格下降、感測精準度攀高等正面因素加持，展望未來，許許多多事物皆可透過Digital Twin執行高精準度的模擬，使企業得以利用經濟實惠且又安全的環境，模擬各種流程改變可能產生的影響，甚至進一步將虛擬實境(VR)、擴增實境(AR)、混合實境(MR)乃至Digital Twin等不同技術概念，巧妙融合在一起，幫助企業研發團隊「身歷其境」推動各種創新探索。

就在去年(2016)，身處工業4.0概念發源地(德國)的西門子，便在其論壇活動中，針對Digital Twin做了絕佳演繹。該公司強調，透過Digital Twin可助企業縱向或橫向整合價值鏈，從而為工業生態系的建構、乃至工業4.0的實現，打造一條從上到下完整的實踐路徑。

更讓人嘖嘖稱奇的，西門子也將VR技術運用得淋漓盡致，於英國柴郡的一座工廠內安裝Virtalis虛擬實境軟體與系統，藉以實現組裝製程的模擬與優化，並提升概念設計的效率、有效執行工廠規劃，針對製程過程早期階段可能出現的種種問題，一併加以解決。

不僅如此，西門子除透過這套Virtalis VR系統，幫助這座英國工廠減少差錯外，更促進跨專業領域的大規模溝通，使得不論是生產工程師、測試工程師、生產管理者、生產作業員，甚至研發單位、機構部門、物流公司或外包商，都能在VR環境中共同作業，確保新產品研發專案的各個設計環節都趨於完善。

數位雙胞胎加VR  揮灑彈性製造效益

總而言之，虛擬實境、Digital Twin等技術之於工業界的運用範圍相當廣闊，從虛擬廠區佈置、虛擬原型、網路虛擬製造、虛擬裝配，一直到虛擬工廠的建立等，皆擁有很高的利基優勢。

專家解釋，伴隨工業生產技術進步，不少製造企業為了提升競爭力，紛紛把原本單一生產的機台模式，轉變為多台機械連線的自動化生產模式，並結合電腦控制，滿足少量多樣的彈性化生產需求，組合為多數業者並不陌生的彈性製造系統(FMS)。

然而一套FMS箇中涵蓋多個自動化島(Islands of Automation)，由多台CNC加工機、搬運設備(例如無人搬運車、輸送帶、機械手臂)、倉儲系統與監控電腦等單元共同組成，可想而知，意欲維運FMS，少不得需要投注大量金錢與人力資源，且可能衍生莫大風險。

為了兼收趨吉避凶、撙節成本等多重效益，近年來部份企業已結合FMS、VR與Digital Twin等不同系統與技術，構築一套虛擬彈性製造系統，讓使用者可透過網際網路從遠端操控系統，譬如藉由CAD/CAM軟體將繪製好的工件圖形轉為NC碼，接著把NC檔案傳送到伺服器，進而匯入虛擬彈性製造系統，實現整個系統加工作業，達到虛擬製造目標。

專家一併提醒，儘管Digital Twin對於製造業而言，算是富含魅力的應用模式，但不宜將之窄化為只是一套「構型管理工具」、「製成品的3D尺寸模型」或是「製成品的模型定義(MBD)」，它主要是透過內嵌的綜合健康管理系統(IVHM)，再整合感測器資料、歷史維運資料，經由大數據挖掘出來的高值化資訊，因而可持續預測裝置、設備或系統的健康狀態、剩餘使命壽命，甚至是執行任務的成功機率，亦可預先洞察潛在的安全事件，顯示這些裝置、設備或系統的未知問題。

更有甚者，製造企業一經採用Digital Twin，也可能透過啟動自癒機制或建議修改任務參數等方式，針對有疑慮的裝置、設備或系統進行降級，以便將可能的損害降低到最輕微程度，等於把邁向工業4.0目標的路障，予以有效排除。