在“中国制造2025”大战略背景下，结合和使用新一代信息技术和人工智能技术，实现物理世界和信息世界互联互通与融合是智能制造得以实现的核心问题之一。针对这一问题，基于数字孪生理念，阐述了数字孪生与现代工厂的融合方法，整合了数字孪生与工厂融合后系统组成和它所具备的特点。结合实际的案例分析，为数字孪生理念的实践提供了借鉴。
近些年来，数字孪生在越来越多的工业领域得以运用。陶飞等专家根据数字孪生理念提出了数字孪生车间；美国国防部将数字孪生理念引入到航空航天领域；PTC公司则基于数字孪生理念运用于产品售后服务与支持，为客户带来更好的售后体验。
本文以数字孪生与汽车装配线的融合为例，将数字孪生的理念与实践相结合进行阐述，让读者能够更具体直观地了解数字孪生在工业领域能够发挥的作用。
数字孪生具有以下特点
利用计算机技术建立的虚拟模型是对物理对象的真实映射，并对物理对象的各类数据实时感知并集成融合；
通过参与物理对象的全生命周期，不断积累相关信息，并与其共同进化；
虚拟空间的数字化模型能够对现实中的物理对象准确描述，而且能够控制物理对象的运行过程，孪生数据能够促使物理对象不断优化，直到最优。
数字孪生与现代工厂的融合
物理工厂与虚拟工厂基于数字孪生的理念，以数据和互联网为媒介，实现双向真实映射与实时交互，打通物理世界和信息世界之间的桎梏，实现物理工厂与虚拟工厂的融合并产生孪生数据，在孪生数据的驱动下，实现工厂的全生产要素在物理工厂、虚拟工厂、工厂服务系统间的迭代运行，最终使物理工厂不断得到进化，直到工厂生产和管控达到最优的一种工厂运行新模式。
数字孪生理念与汽车混流装配线融合
通过对某公司汽车混流装配线的调研，基于数字孪生理念，对这条生产线生产过程分析并进行规划，把装配线与数字孪生理念融合。
根据实际作业流程，构建各工站的动态模型，分析整个工段运行状态，对员工作业、物料配送进行仿真；
仿真结果生成的数据与物理汽车装配线建立联系，指导物理装配线的生产过程；
同时物理汽车装配线产生的感知数据上传到虚拟汽车装配线进行仿真模拟，产生数据；
二者数据不断交互，共同进化。
物理装配线和虚拟装配线二者数据交互的本质是建立起与信息世界的联系。
虚拟汽车装配线建立的步骤
使用工具建立一个真实系统的3D计算机数字孪生模型，用更短的时间、更低的成本来研究系统。通过创建实体、实体连接、参数设置、可视化仿真，为后面数字孪生分析提供数据依据。
通过静态建模和动态建模，以完成各工段仿真模型的建立。通过对仿真运行结果进行分析，进而指导装配线并提出相应的改进措施。
仿真运行时间为一个班次，每班次的工作时间为10h，即将单次仿真的终止时间设置为36000s。
对于混流装配线，主要研究装配线平衡和投产排序。装配线平衡主要研究各工位作业时间，而汽车总装以人工装配为主，反映在仿真中即各工位操作员的作业状态；投产排序对装配线的影响，主要为各工位的作业负荷和线旁物料的消耗，反映在仿真中即为各工位操作员的作业状态和暂存区物料的实时消耗状况。仿真运行36000s后，通过统计与报告等功能实现对生产线实时数据的监测与统计分析。
操作员实时状态分析。通过操作员状态分析图可了解那些工位的操作员的空闲率较低，作业强度大，且取料、步行时间占比较大，为瓶颈工位。由操作员状态平衡墙可知，这些瓶颈工位作业负荷波动大，生产线平衡状况差。
物料实时消耗分析。通过分析可以发现各类物料的消耗量数值，并与均衡数值做对比。为缓解物料供应压力，投产排序时这些数据都将作为决策依据。
汽车装配线的生产要素数字信息可以通过物联网实时上传到虚拟汽车装配线，虚拟装配线根据实时数据模拟汽车装配线实际的运作情况进行仿真优化，并实时调控实际汽车装配线的运作，实际汽车装配线与虚拟汽车装配线通过实时的信息交互不断进化，使整个汽车装配线的效益最大化。
物理世界和信息世界的联通与融合是智能制造可以广泛应用的桎梏。数字孪生是连接物理世界与信息世界的通道。
数字孪生与现代工厂的融合，打通了物理世界与信息世界的通道。根据物理工厂建立虚拟工厂，实现物理工厂与虚拟工厂(信息世界)的信息互联与共享，二者并行存在，共同进化。
通过对某汽车混流装配线智能制造案例的分析，得出了数字孪生与装配线融合的方法，为数字孪生的实践运用提供了参考。
