在科幻影片《克隆人》中，科學家用生物技術在實驗室中復制出了真人。而眼下越來越熱的“數字孿生”，則是用數字方式“復制”世界。由此，給汽車及零部件設計、制造等環節帶來更大發展空間。

新一代超集電驅系統、遠程智能無人代客泊車APA7.0……近日，長安汽車首次發布了全場景數字孿生開發開放平臺，以及從該平臺上誕生的一系列新技術。事實上，越來越多的汽車及零部件企業正在走進數字孿生的世界。

“數字孿生體是物理世界與數字空間的交互體系。”工業4.0研究院院長、數字孿生體聯盟理事長胡權在接受《中國汽車報》記者采訪時表示，數字孿生在汽車行業的應用非常廣泛，涉及汽車及零部件研發、生產和個性化服務等多個環節，可以籠統稱之為“數字孿生汽車”。

無聲變革悄然進行

對于傳統的輪胎制造企業而言，新款產品從設計圖紙到走向量產，一般會先試制樣品，裝到汽車上進行實際道路測試，然后通過測量各項數據，再與理論數據進行比對，從而一步步進行優化和改善，費時、費力、費錢，效率不高。

“我們現在采用數字孿生計算機仿真建模方法，只需輸入輪胎尺寸、磨損率、原料配比等數據，就可從數字孿生的模型上對輪胎設計進行優化，而不必像以前那樣用樣品反復試驗獲得數據，不僅大幅縮短了產品從開發走向量產的時間，也節約了經費。”山東滎光輪胎有限公司副總工程師季瑞江告訴記者，利用數字孿生技術還能在計算機上對輪胎的原料配比、制造工藝等進行細致“打磨”，可極大提高了工作效率。

數字孿生不僅有助于解決汽車零部件的研發問題，而且在產品制造及企業管理方面也有令人驚詫的“神功”。“中國一汽新建的新能源汽車工廠占地面積78萬平方米，相當于105個足球場。應用數字孿生的虛擬工廠，與真實生產環境1：1對應，人坐在辦公室就能看到生產現場的全貌，節省了大量的人力、物力、財力。”阿里云汽車行業架構師黃錚介紹稱，阿里云與機械工業九院聯合研發了“汽車數字工廠1.0”解決方案，數字孿生是其中的重要基礎，該方案在一汽紅旗新建的新能源汽車工廠首次應用。他說，一款汽車由上千類、數萬個零部件組成，該新能源汽車工廠生產過程有沖壓、焊裝、涂裝、總裝、電池五大車間、200多種生產工藝，每個車間的生產設備完全不一樣，與其他行業相比，汽車制造更加考驗企業的管理能力。在數字孿生的虛擬工廠中，大到上述五個車間，小到車間內的每臺設備和每一個生產動作，都可以映射在數字孿生系統上，展現了這項技術對復雜生產系統的掌控力。

目前，在汽車產業“新四化”加速變革的大背景下，數字孿生正以前所未有的速度走進汽車及零部件企業。“幾乎所有汽車及零部件企業都在逐步應用數字孿生技術提升研發效率、產品制造水平并實現成本節約。”北京翼絡數字技術有限公司技術總監劉繼業在接受記者采訪時表示，數字孿生擁有開放架構，在汽車零部件設計制造中，很容易導入相關技術并實現融合，因為每個環節都可與數字孿生進行整體數據交互，助其更好地實現智能化，從而在產品全鏈條甚至產業全鏈條上實現優化。從這個意義上說，數字孿生具有很強的實用價值。

“未來的智能座艙會更像一個有智慧的生命體。為此，我們應用了‘用戶-車企-開發者’全鏈路打通的全場景數字孿生開發開放平臺。”長安汽車董事長朱華榮在“綠色智能，融合創新”論壇上介紹道，該平臺有四個特點：一是功能的無限組合;二是在國內首次實現駕駛、座艙、車控三域打通的整車級虛擬仿真環境，實現全車功能場景可編排;三是通過本地+云端方式提供無限算力服務;四是支持快速開展單體級、系統級、整車級的體驗評價，支持虛擬現實、混合現實體驗評價。

“很多汽車及零部件企業都已或多或少應用工業互聯網，以及虛擬現實、混合現實技術，數字孿生就是其數據來源及不可或缺的重要組成部分，可以貫穿汽車全產業鏈。”胡權指出。

數字孿生帶來別樣改變

對于整車或零部件制造而言，怎樣判斷一顆螺絲有沒有擰好?在傳統的流水線上，這項工作需要人工檢查，但通過數字孿生技術，可以通過算法算出擰這顆螺絲用了多大力、擰了多少度等。

“在汽車及零部件企業的實際應用中，數字孿生主要包括兩個方面的內容。”華南理工智能感知與控制工程研究中心研究員張睿林告訴記者，一是對現實中的整車或零部件建立數字模型，二是對計算機設計的數字模型進行復制。換句話說，就是既可以“從實到虛”，也可以“從虛到虛”，目的都是通過計算機技術進行較為復雜、精細的數據處理，提高精確度和效率，同時極大地拓展設計的想象力及實用性，比如根據實際需要將規則的四邊形汽車覆蓋件，改造成多邊形甚至不規則形狀，并利用計算機同步解決智能化制造工藝細節問題。

電動汽車的安全穩定行駛，離不開動力電池的良好工作狀態。“車載電池管理系統計算能力有限、數據存儲能力有限，很難做到精確監控動力電池運行狀態。”浙江浩迪新能源有限公司總工程師韓玉文告訴記者，動力電池數字孿生監控系統，就可以解決這一問題。據介紹，該系統包括數據感知、數據收集的互聯裝置，數據存儲的云端，數據分析軟件，數據可視化用戶界面等，通過對動力電池溫度、電量、阻抗和電壓電流曲線等實時感應并與標定數據實時比對，一旦發現偏差就及時報警，在全面監控動力電池工作狀態的同時，提前預測并及早發現問題。

很多人會有疑問，數字孿生與汽車及零部件企業設計開發中幾乎普遍使用的仿真技術是什么關系?“兩者之間既有不同，又有密切的聯系。”在北方大數據與人工智能研究院研究員曾文翔看來，首先，數字孿生需要依靠計算機仿真、實測、數據分析、工業互聯網等技術對物體狀態進行感知、診斷和預測以優化設計;其次，仿真技術作為創建和運行數字孿生的核心，是數字孿生實現數據交互與融合的基礎，但由于仿真技術本身以離線方式模擬物體，不具備數字孿生的實時性、閉環性等特征及優化功能;最后，在此基礎上，數字孿生必須依托并集成其他新技術，與傳感器共同在線才能實現保真性、實時性與閉環性。

數字孿生成為全球風潮

其實，國外汽車及零部件企業也在加速應用數字孿生技術，進行了有價值的探索和應用。

“幾乎所有跨國汽車及零部件企業都在引入數字孿生技術，特斯拉稱得上是其中的佼佼者，看看該公司車型的智能化程度就能明白這一點，然而特斯拉對此基本閉口不談，或用其他概念加以模糊處理。”劉繼業表示，特斯拉汽車的設計和制造大量使用數字化技術幾乎人所共知，但外界并不曉得其數字孿生研究與應用到底達到了何種程度。據悉，特斯拉及其關聯企業Space X已大量應用數字孿生技術，并且特斯拉也招攬了不少相關的數字化人才。

記者還了解到，零部件巨頭西門子通過數字孿生技術實現了高效的設計、制造：一是通過數字孿生，對產品進行數字化設計、仿真和驗證產品的機械特性，實現了將汽車電氣和電子系統一體化集成;二是基于數字孿生，規劃和驗證生產過程、工廠布局、選擇生產設備并且進行仿真與預測，以及優化人員和制造過程的工作條件;三是在自動生成可編輯控制器的代碼后，通過虛擬調試技術，在虛擬環境中驗證自動化系統，從而實現快速高效的現場調試，隨后利用數字孿生優化的結果，將可編輯控制器代碼下載到車間的設備中，通過全集成自動化，實現高效可靠生產;四是通過數字孿生管理制造運行系統，實現排產、生產執行及質量檢測，并持續對生產工藝和產品進行優化。

曾文翔介紹稱，今年6月，博世新建并投產的德累斯頓芯片晶圓廠也應用了數字孿生技術，成為名副其實的數字化工廠。博世通過數字孿生技術，將來自于設備、傳感器和產品的所有數據記錄在一個中央數據庫中，其每秒生成的生產數據相當于500頁文本，一天的數據相當于4200萬頁文本。這座建筑面積達7.2萬平方米的工廠，最終只需700名工程師即可運作。

同時，保護容易遭黑客入侵的智能汽車相關系統，也是數字孿生的一大專長。如今，智能汽車擁有多達150個電控單元及約1億行軟件代碼，從而帶來了網絡安全隱患。以色列初創企業Cybellum推出了首款智能汽車網絡數字孿生平臺，以應對不斷增加的智能汽車網絡安全風險。據悉，該平臺能使汽車制造商追蹤監控智能汽車運行軟件中的潛在漏洞，發現并進行修復，以保證智能汽車在整個生命周期的安全性。正因如此，韓國LG公司近日正在積極籌備收購Cybellum。

個性定制化優勢凸顯

今年8月23日，吉利汽車工業互聯網正式發布。“打造一個無處不在的數字技術賦能平臺，在未來5年內努力發展成為全行業數字化服務的世界級工業互聯網平臺，而數字孿生是其中的基礎。”吉利汽車集團高級副總裁劉向陽表示，汽車行業正從傳統賽道進入到數字化“高速公路”，利用工業互聯網和數字孿生技術，助力C2M(用戶直連制造)柔性定制，為汽車的個性化、定制化提供了基礎支撐。

“目前，汽車行業將數字孿生應用于研發和生產方面，實際上隨著技術逐步發展和成熟，它將為汽車個性化、定制化提供可能。這有些類似如今智能手機相對于傳統手機實現的跨越，智能手機打造了一個移動互聯網生態，數字孿生汽車也會催生類似的變革。”胡權認為。

“汽車行業有望全面應用數字孿生汽車理念，實現數字孿生研發和數字孿生制造。我們為此專門建立了‘數字孿生汽車實驗室’，主攻一些關鍵核心技術。”劉繼業表示，已有很多汽車及零部件企業都在推進數字化轉型，數字孿生將成為未來汽車產業發展的助推器。

“基于增強現實技術的數字孿生互聯網及相關的新業態，才是汽車行業的終局。”未來黑科技創始人、首席執行官徐俊峰介紹稱，微軟和蘋果公司在增強現實的數字孿生互聯網中的布局，包括感知、決策系統、芯片和光技術四大板塊。

目前，華為也在研究光技術在汽車領域的應用。華為智能汽車解決方案部門首席運營官王軍在日前舉行的2021世界新能源汽車大會上透露，華為將把領先的光技術應用于汽車零部件領域，一方面是圍繞人眼所及之處的場景化需求，打造AR-HUD(增強現實抬顯顯示)、座椅背顯、智能車燈等多款光成像產品，改變人在車中的視覺體驗。據介紹，智能車載光技術的應用，將推進車載顯示從液晶屏時代進入超大屏的光成像時代。另一方面則是車內的通信系統，將從電信號轉變為光信號。過去10多年來，華為在光通信領域的研究成果一直排名全球第一。這一切都離不開數字孿生技術的支撐。

據悉，寧德新能源科技有限公司、柳州五菱柳機動力有限公司等汽車及零部件企業憑借應用數字孿生及相關技術，入選了近日工信部公示的《2021年新一代信息技術與制造業融合發展試點示范名單》。

2020年4月，國家發展改革委、中央網信辦聯合印發了《關于推進“上云用數賦智”行動培育新經濟發展實施方案的通知》，要求支持在具備條件的行業領域和企業范圍探索數字孿生等新一代數字技術應用;開展數字孿生創新計劃，聚焦數字孿生體專業化分工中的難點和痛點，引導各方參與提出數字孿生的解決方案。

“如果說汽車、能源等領域都有一個共性的技術支撐，那就是數字孿生。數字孿生技術的應用能夠大大降低相關成本，找到共性的技術和應用，可為客戶和消費者提供質優價廉的產品及服務。”胡權表示，在汽車“新四化”變革中，5G、云計算、大數據、人工智能都為數字孿生的應用提供了有利條件，數字孿生也將與這些新技術一道，打造一個有利于汽車產業發展的良好生態。數字孿生潮流涌動，正在形成蓬勃發展之勢。“數字孿生技術盡管應用較快，但總體還處于發展過程中，能夠規范和引領技術發展的相關標準仍是空白，亟待健全。”曾文翔補充說。

構建數字孿生生態助力汽車行業發展——專訪工業4.0研究院院長、數字孿生體聯盟理事長胡權

“當前，汽車產業正向‘新四化’加速轉型，構建數字孿生生態有助于行業發展。”日前，工業4.0研究院院長、數字孿生體聯盟理事長胡權在接受《中國汽車報》記者采訪時表示。

“根據汽車行業的特點，我們把數字孿生的應用分為三個流派。”胡權介紹道，一是仿真派，沒有仿真就沒有數字孿生，汽車行業應用較多的CAE(計算機輔助設計)軟件就是其中之一，特點是數據精度較高;二是連接派，主要是企業應用工業互聯網進行數據連接，數字孿生需要實時采集數據，離不開互聯網的支持，同步才會產生價值;三是數據派，主要指解決方案的傳輸，以及多元數據的融合與重構，從而對數字孿生的數字模型進行判定和優化。

對于數字孿生的共性特點，胡權也總結出三點。首先，數字孿生要有可視化的數字模型，比如把自動駕駛激光雷達傳感器的成像導入數字孿生平臺做進一步加工，從而增大其價值;其次是數字孿生的核心價值來自汽車產品的全生命周期，數字孿生不僅對整車，也對汽車產品的全生命周期進行管理和優化，其中涉及數據交換、數據流動和數據分享;三是數字孿生的應用需要一個時間周期。

胡權認為，數字孿生正在發展成為一個產業，出現了新的應用模式。比如，特斯拉基于數字孿生的應用，提出了一套可改進的生產體系，顛覆了以前的精益生產方式。同時，隨著產業變革的推進，汽車將實現個性化、定制化，從汽車研發、生產到使用等各個環節都會發生變化。在汽車個性化時代，消費者也可借助數字孿生參與車型設計。

“汽車產業在歷次工業革命中都發揮了重大作用，‘工業4.0’這一輪也不例外。”胡權表示，數字孿生正在逐漸形成真正的技術生態，助推汽車產業變革。(記者：趙建國 )

關鍵詞： 無聲變革 黑科技 汽車產業 助推器