一臺(tái)僅3.6公斤，60cm長的設(shè)備，通過優(yōu)秀的人體工學(xué)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)舒適的使用體驗(yàn)，通過簡(jiǎn)單的在室內(nèi)行走，就能形成打造數(shù)字孿生工廠的“初始數(shù)據(jù)”——距離“數(shù)字孿生”概念自2012年NASA提出已經(jīng)過去十余年，如今實(shí)現(xiàn)三維數(shù)據(jù)采集的手段已經(jīng)愈發(fā)先進(jìn)，也正走出“樣板展示”的局限。

從傳統(tǒng)工廠到數(shù)字工廠

數(shù)字孿生是充分利用物理模型、傳感器、運(yùn)行歷史等數(shù)據(jù)，集成多學(xué)科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過程，在虛擬空間中完成映射，從而反映相對(duì)應(yīng)的實(shí)體裝備的全生命周期過程。數(shù)字孿生是一種超越現(xiàn)實(shí)的概念，可以被視為一個(gè)或多個(gè)重要的、彼此依賴的裝備系統(tǒng)的數(shù)字映射系統(tǒng)。

硬件設(shè)備和軟件技術(shù)共同影響著數(shù)字孿生技術(shù)的發(fā)展，尤其是在傳統(tǒng)制造業(yè)側(cè)，在NavVis CRO Finn Boysen看來，利用數(shù)字孿生技術(shù)，在工廠的廠房和產(chǎn)線沒有建造之前，就完成數(shù)字化模型。從而在虛擬的賽博空間中對(duì)工廠進(jìn)行仿真和模擬，并將真實(shí)參數(shù)傳給實(shí)際的工廠建設(shè)，在國際上已經(jīng)成為制造業(yè)企業(yè)建設(shè)工廠過程中，不可或缺的一個(gè)步驟。

傳統(tǒng)制造業(yè)工廠，通過數(shù)字孿生技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，同時(shí)實(shí)現(xiàn)降本增效的目的，但在利用數(shù)字孿生建設(shè)數(shù)字工廠的過程中，企業(yè)面臨著諸多問題。

首先，如何能夠高效率的采集和輸出高質(zhì)量的三維空間數(shù)據(jù)，即如何高效的將物理世界數(shù)字化，同時(shí)數(shù)字化之后的數(shù)據(jù)質(zhì)量和精度能滿足業(yè)務(wù)應(yīng)用需求。

“因?yàn)樗械臄?shù)字孿生，都是從將物理世界數(shù)字化開始的，即打造一個(gè)數(shù)字底座。如果這一過程所需的時(shí)間太長，或者雖然時(shí)間短但獲取的數(shù)據(jù)質(zhì)量不高，對(duì)于后期進(jìn)行數(shù)字孿生建設(shè)會(huì)有很大的影響。”NavVis大中華區(qū)執(zhí)行總裁李自明告訴，“這也是為什么目前的數(shù)字孿生大多是作為樣板展示，真正在業(yè)務(wù)實(shí)踐中應(yīng)用的并不常見?！?/p>

其次，如何更便捷、有效的訪問和管理三維空間數(shù)據(jù)也是企業(yè)在建設(shè)數(shù)字孿生工廠過程中面臨的一大挑戰(zhàn)。

三維空間數(shù)據(jù)量極大，需要消耗大量的算力進(jìn)行處理和管理，在這個(gè)過程中，顯然云計(jì)算是最好的解決方案，“為了能夠讓更多的用戶可以訪問和使用這些數(shù)據(jù)，最佳方案是實(shí)現(xiàn)基于瀏覽器的輕量化訪問，這樣只要客戶會(huì)使用瀏覽器，就可以訪問和管理數(shù)據(jù)，而不需要安裝和學(xué)習(xí)專用軟件知識(shí)。”李自明進(jìn)一步指出。

三維移動(dòng)掃描技術(shù)是底層支撐

三維移動(dòng)掃描技術(shù)的出現(xiàn)，能夠很好的解決上述痛點(diǎn)，讓數(shù)字工廠建設(shè)變成了可能?；乜磼呙栊袠I(yè)，由最早的數(shù)字化全站儀掃描，到傳統(tǒng)架站式激光掃描儀，這些儀器一方面自身占地面積較大，在寬闊的室外空間尚有發(fā)揮余地，但在相對(duì)狹窄的室內(nèi)空間，就顯得捉襟見肘；另一方面，現(xiàn)有的小型手持掃描儀器在數(shù)據(jù)精度方面也有很大的提升空間，數(shù)字工廠建設(shè)，室內(nèi)掃描過程中對(duì)于數(shù)據(jù)精度的要求極高，現(xiàn)有的小型手持掃描儀器顯然不能滿足發(fā)展需求。

移動(dòng)激光掃描在逐步取代傳統(tǒng)的架站式掃描TLS，以前TLS是用戶進(jìn)行項(xiàng)目作業(yè)的主要工具，“未來移動(dòng)激光掃描設(shè)備將會(huì)成為主要工具，我們預(yù)計(jì)95%以上的應(yīng)用場(chǎng)景均可采用激動(dòng)激光掃描?！崩钭悦鞲嬖V。

得益于激光雷達(dá)產(chǎn)品技術(shù)的發(fā)展，三維掃描的產(chǎn)品尺寸越來越小，重量越來越輕，這就讓這些產(chǎn)品可以在更為狹小的空間內(nèi)使用，同時(shí)還能提供更為精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)。不僅于此，隨著技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)品的平均價(jià)格也會(huì)越來越低，因此會(huì)有更多的用戶可以有機(jī)會(huì)使用這些先進(jìn)的技術(shù)。

與此同時(shí)，因?yàn)槿S空間數(shù)據(jù)是海量數(shù)據(jù)，需要巨大的算力進(jìn)行處理，人工智能AI技術(shù)和云計(jì)算技術(shù)會(huì)被越來越廣泛的應(yīng)用，在李自明看來，通過AI和云計(jì)算，未來可以做到對(duì)三維空間數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別和分類等先進(jìn)的功能。

而隨著技術(shù)的發(fā)展，未來對(duì)于三維數(shù)據(jù)的訪問也將變得更容易，“未來三維空間數(shù)據(jù)的訪問和使用將會(huì)更加輕量化，不再需要專業(yè)知識(shí)和軟件，”李自明指出，“例如NavVis IVION三維空間數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，是基于瀏覽器模式，通過瀏覽器就可以輕松訪問和管理海量的三維空間數(shù)據(jù)?！?/p>

基于此，NavVis提出了全新的手持移動(dòng)激光掃描系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念，并且因?yàn)樾∏傻捏w積，可以在更為狹小的空間開展作業(yè)，同時(shí)更方便工作人員攜帶。

在數(shù)據(jù)精度方面，NavVis MLX是一款可以達(dá)到毫米級(jí)數(shù)據(jù)精度的手持移動(dòng)掃描設(shè)備。同時(shí)，通過軟件算法，實(shí)現(xiàn)在僅有一臺(tái)激光雷達(dá)傳感器的條件下能達(dá)到5mm的數(shù)據(jù)精度。

同時(shí)還應(yīng)用了點(diǎn)云技術(shù)，通過點(diǎn)云來還原現(xiàn)場(chǎng)圖片，對(duì)270°的圖片進(jìn)行反向填充，實(shí)現(xiàn)360度全景圖片。

數(shù)字孿生，讓建筑降本、降碳

以一個(gè)70平方米的室內(nèi)空間為例，傳統(tǒng)的架站式激光掃描儀需要架設(shè)10~11個(gè)掃描點(diǎn)，消耗30分鐘時(shí)間，且還存在很多沒有掃描到的盲點(diǎn)；

通過三維移動(dòng)掃描技術(shù)，同樣的空間條件下，僅需5分鐘就能完成掃描，且沒有掃描盲點(diǎn)，數(shù)據(jù)精度更高。

在寶馬的應(yīng)用案例中，通過數(shù)字孿生技術(shù)，寶馬的制造工廠實(shí)現(xiàn)了再在虛擬環(huán)境會(huì)議中解決臨時(shí)任務(wù)，在點(diǎn)云模型的基礎(chǔ)上，重新建立3D圖紙，進(jìn)行建模，通過數(shù)字孿生工廠進(jìn)行廠區(qū)分析，以及工廠長期規(guī)劃，在車間內(nèi)進(jìn)行虛擬測(cè)量和標(biāo)記，通過虛擬化環(huán)境實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程支持，以及生產(chǎn)中斷或維護(hù)方案的數(shù)字化準(zhǔn)備工作等目標(biāo)。

據(jù)了解，目前寶馬工廠已有超過900萬平方米的廠區(qū)通過數(shù)字孿生技術(shù)，上線了虛擬化工廠，公司內(nèi)部超過25000名公司員工注冊(cè)了數(shù)字孿生平臺(tái)賬號(hào)。

通過全球工廠遠(yuǎn)程訪問技術(shù)，減少了50%的差旅費(fèi)用，提高了20%規(guī)劃效率，并通過可信的、與現(xiàn)實(shí)一直的數(shù)據(jù)文檔，降低了工廠變更成本5%~10%。（本文首發(fā)于，作者｜張申宇，編輯丨蓋虹達(dá)）

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