环顾全球，数字孪生智慧工厂正成为诸多汽车厂商热捧的“香饽饽”。
当前，宝马、通用汽车、奔驰等跨国车企都在与英伟达合作，利用其Omniverse平台打造数字孪生工厂。近日，宝马宣布，会将英伟达元宇宙数字孪生方案陆续拓展至全球范围的工厂中，并计划在2025年正式运营数字版本的工厂；而雷诺正在利用西门子和达索公司的技术创建实体工厂的数字孪生版本，以便为新的生产线建模，包括为机器人编程和在虚拟世界中进行安全检查。
车企热捧数字孪生
在工业化领域，数字孪生指的是通过将工厂设备、生产流程等物理实体建模成数字形式，并进行仿真优化来提高生产效率和降低成本。“数字孪生是物理世界与数字空间的交互体系。”工业4.0研究院院长、数字孪生体联盟理事长胡权在接受记者采访时表示，数字孪生在汽车行业的应用非常广泛，涉及汽车及零部件研发、制造和个性化服务等多个环节，在汽车企业研发及制造环节的应用方兴未艾。
数字孪生工厂，即通过数字技术、3D建模技术等，将实体工厂的产品生产流程、运行状态、生产进度等实时映射在虚拟世界中，方便管理和监测。近年来，数字孪生技术在汽车行业得到广泛应用，尤其在汽车生产的智能制造领域，成为特斯拉、大众、通用汽车、现代、领克等多家国内外车企布局的重点。
去年6月开业的华晨宝马生产基地大规模升级项目（里达工厂），是宝马集团第一座全面采用虚拟仿真数字孪生技术的工厂，从设计之初就完全在虚拟空间进行规划和模拟，包括厂区布局、建筑设计、生产线规划以及设备测试，都实现了数字孪生虚拟化，堪称全球汽车制造业的元宇宙工厂。虚拟世界和现实世界的融合，不仅缩短了规划时间，还实现了远程维护和实时协作。
“10年前甚至5年前，‘数字孪生’还是一个相对陌生、拗口的词汇，但伴随着数字孪生工厂迅速升温，它逐渐成为一个‘潮词’。”北方大数据与人工智能研究院研究员曾文翔在接受记者采访时谈道，全球车企之所以热捧数字孪生技术，是因为数字化可以极大地提升工厂的生产效率和管理水平，达到事半功倍之效。
助力打造可视化工厂
冲压、焊接、喷涂、总装……现代化汽车工厂的自动化、智能化程度越来越高，各类系统的部署、软硬件的综合应用，使得工厂管理的重要性更加凸显，而无论是人工巡视还是通过摄像头监控，都存在效率不高、统筹费劲的问题。
“数字孪生及工业互联网平台，是破解这一难题的利器。”华南理工智能感知与控制工程研究中心研究员张睿林向记者介绍，数字孪生技术可将储存的数字模型与工厂内部的摄像头、传感器等实时数据，以及运营管理数据相结合，让管理人员能从计算机大屏上实时掌握生产现场的生产进度，计划、目标落实情况，以及生产的人员、设备、物料、质量等相关信息，使得整个生产现场完全透明化，不仅可以让工厂随时补充相关物料，而且可以全面优化生产工艺流程。可以说，随着工业生产的自动化和数字化程度不断提高，数字孪生应用于智慧工厂是大势所趋。
目前，奔驰已为德国拉斯塔特工厂创建了虚拟的数字孪生版本，该工厂计划从2024年开始在奔驰MMA平台上生产纯电动车型。通过使用数字孪生技术，奔驰可以在不影响现有生产的情况下对MMA平台进行全面测试，以提升效率；宝马也为其德国雷根斯堡工厂构建了数字孪生工厂iFactory，宝马生产系统负责人米歇尔·梅尔奇奥雷对此表示：“数字孪生工厂减少了规划工作和成本，能确保生产流程更高效、更稳定。”
“3D可视化”、“透明工厂”是数字孪生工厂的直观特征。“一汽新建的新能源汽车工厂占地面积78万平方米，相当于105个足球场。应用1:1的数字孪生工厂实现了高效管理，节省了大量的人力、物力、财力。”阿里云汽车行业架构师黄铮介绍，一辆汽车由上千类、数万个零部件组成，该新能源汽车工厂生产过程有200多种生产工艺，每个车间的设备完全不同。与其他行业相比，汽车制造更加考验企业的管理能力。在数字孪生工厂中，从整个厂区、车间到每台设备、每个操作的动作，都可以实时映射在数字孪生系统上，体现了数字孪生对复杂生产系统的掌控力。
降本增效的“神器”
目前，在汽车产业加速变革的大背景下，数字孪生正以前所未有的速度走进汽车及零部件制造领域。“几乎所有汽车及零部件企业都在逐步应用数字孪生技术，以提升研发效率、产品制造水平。”北京翼络数字技术有限公司技术总监刘继业在接受记者采访时表示，数字孪生拥有开放架构，在汽车零部件设计制造中，很容易导入相关技术并实现融合，因为每个环节都可与数字孪生进行整体数据交互，助其更好地实现智能化，从而在产品全链条甚至产业全链条上实现优化。从这个意义上说，数字孪生具有很强的实用价值。
而车企更为看重的是数字孪生技术带来的降本增效成果。雷诺相关人士介绍，通过数据收集和标准化工作，数字孪生工厂能在平板电脑上将车间实时数据可视化，并连接制造设备的可编程逻辑控制器、制造机器人和其他设备中的实时数据，实现工厂的可视、可控。目前，整个雷诺集团有1万多台机器人，每天接受的数据就有10亿组。雷诺预计，通过数字孪生搭建工业元宇宙，到2025年可节约3.2亿欧元（目前1欧元约合人民币7.33元）成本，车辆交付时间缩短60％，设备维修费用节省60％。
“利用数字孪生技术，汽车制造商可以高效将一个内燃机工厂改造成电动汽车工厂，并在虚拟工厂中试装新设备、培训工人适应新工艺，并实时对工艺做出修改，以提高生产效率、节约成本。”曾文翔说。
几乎所有跨国车企都在建设数字孪生工厂，国内车企也都在追赶这一潮流。“我们计划打造一个无处不在的数字技术赋能平台，在未来数年内将其发展成全行业数字化服务的世界级工业互联网平台，而数字孪生正是其中的基础。”吉利汽车集团高级副总裁、广域铭岛数字科技有限公司董事长刘向阳对记者说，汽车行业正从传统赛道进入到数字化“高速公路”，利用工业互联网和数字孪生技术，助力C2M（用户直连制造）柔性定制，为汽车制造的个性化、定制化提供了基础支撑。
碳中和的“好帮手”
“双碳”目标已经成为经济社会发展的大势所趋，而汽车产业是达成这一目标的重要一极。
“提升汽车产业制造过程的效率，就意味着节能降碳。”曾文翔谈到，数字孪生工厂打通了从研发、制造到产品、运营和资产管理的各个环节，实现汽车制造的全生命周期管理，让数据实现了“可视、可管、可控、可用”，促进了整个产业链的协同管理和全程优化，从而在较大幅度节约时间、提质增效的同时，也实现了节能降碳。有研报显示，在汽车制造行业，数字孪生可以将生产效率和产品上市时间缩短20％～30％，将节能减排效率提高40％。雷诺此前曾公布，在启用数字孪生工厂后，其制造领域的二氧化碳排放量将减少50％。
目前，中国一汽在大制造领域，以业务体系数智化为基础，以制造运营数智化转型为载体，以人员能力数智化转型为助力，打造“一汽制造数字孪生体”：对车辆、设备、生产线和工厂等核心要素的数字孪生，构建数字孪生工厂与数字化车间，对整个制造过程实时映射、动态感知和分析优化，以数据驱动管理和决策，实现卓越制造和效能增长，节能减排。
“博世、西门子等国外汽车零部件企业也在通过数字孪生技术构建低碳工厂、零碳工厂。”张睿林介绍道，例如，西门子通过数字孪生，从数据中挖掘优化路径并验证节能减排路线图及具体方案。在云端对产品、物流、工艺等孪生模型进行迭代优化，看流程调整后工厂的碳足迹会发生怎样的变化，以此得出优化结果并反馈到工厂车间的执行端，以达到节能减排的目的。
“一切皆可数字孪生，数字孪生是通向零碳工厂的捷径。”张睿林最后总结道，包括数字孪生在内的数字化转型，是汽车产业高质量发展的方向。
