運用數位分身進行技術設計和製造

數位分身為工程師提供強大的設計模擬、虛擬沙箱、整體效能預測、最佳化例行作業。依據應用需求，可加速迭代設計工作或提高即時運作效能。

數位分身將模擬、機器學習、資料分析三者相結合，讓工程師在設計的兩個關鍵階段，即完成實體前，以及針對已在運作或持續進行最佳化的更複雜系統，進行測試、改進、完善。在這兩個階段中，數位分身都可以大幅提高設計品質、降低成本，甚至是提升安全性和網路安全。

越來越多虛擬表示 (實體零件、產品組件、流程、系統等的連接模型) 藉由分析資料進行即時更新。

圖 1：Ansys Discovery 3D 產品模擬軟體和 NVIDIA Omniverse Blueprint 模板 (工作流程) 支援即時 CAE 產生大規模工作流程的數位分身。(圖片來源：Ansys)

數位分身透過感測器和物聯網裝置，達到實體世界中設計的核心功能；這兩者能將資料饋入軟體，以便在虛擬空間中建立設計。越來越多感測器運用邊緣運算，將實體系統收集的相關資料先進行處理，再傳送至虛擬系統。

圖 2：Honeywell 的慣性量測單元 (IMU) 是一款整合式智慧感測器，可追蹤飛行器的方向和動作，用於為數位分身飛行動力學建模。(圖片來源：Honeywell Aerospace)

若將數位分身用於電子產業的產品設計工作，能採用這些模型以較無風險的方式調查和調整機械電路效能、潛在電磁干擾模式和熱行為，而無需花費長時間進行採購和測試，製作昂貴的實體原型。這些產品以及其他使用數位分身開發的產品，往往是可超越產業要求的創新產品。汽車、航太、國防工業從這種設計方法中獲益最多，因為在這些領域中，即使微小修改也會對設計功能和製造能力產生深遠的影響。

影片：壓電加速度計對於在工業應用的數位分身中加入振動行為非常重要。 IO-Link 通訊簡化加速度計輸出資料的處理。(影片來源：Amphenol PCB Piezotronics)

當擴展到在智慧工廠及其他領域進行模時，數位分身更成為更大的工業元宇宙之基建礎。此數位領域對整個機器、工業設施、供應鏈進行建模和連接，以饋入和分配生產作業。

那還有什麼問題嗎？工業元宇宙的編程、運算需求，以及維護所需的能源消耗十分巨大。畢竟，若要使用此元宇宙，必須具備：

• 超高速網際網路和高效能處理器；尤其是當系統包含圖形密集型 3D 虛擬實境配置時
• 即時同化極大量的感測器資料
• 虛擬製造設施及其無數的數位物件託管於資料中心 (用於雲端功能)，並且在許多情況下由區塊鏈技術保護
• 眾所周知，用於機器學習功能的人工智慧驅動分析和神經網路有極度耗能的缺點

當投資於數位分身和工業元宇宙的作法趨向合理時，極大型公司傾向於提供支援其運用的相關工具。相比之下，中小型企業受益最多。例如，Siemens、Autodesk、Dassault Systèmes 軟體生態系統支援整體虛擬模型的設計和使用；Ansys 和 Altair Engineering 模擬工具 (包括 One Total Twin 產品) 可進行產品建模，並考量到預期生命週期內的材料特性和效能等參數。

補充閱讀：中小企業如何運用工業元宇宙探索和部署機器人解決方案

目前，最快採用工業元宇宙的領域包含物流、製造、醫療保健、教育、娛樂、城市規劃。事實上，在製造業中會採用元宇宙，有一部份歸因於供應鏈的改進，尤其是針對提高運輸效率和能見度的計劃。

也有越來越多製造業採用工業元宇宙，特別用於針對減少瓶頸、流程最佳化、品質控制、預測性維護計劃。