西门子公司紧跟德国工业4.0和智能制造的发展趋势，近年来高度重视数字孪生技术的研究与应用探索，通过最近两年时间的研发，已经把数字孪生融入到其数字化战略中去，并深入到解决方案中。2017年底，正式发布了完整的数字孪生应用模型，在西门子的数字孪生体应用模型中包括：

 

（1）数字孪生产品（digital twin product），可以使用数字孪生进行有效的新产品设计；

 

（2）数字孪生生产（digital twin production），在制造和生产规划中使用数字孪生；

 

（3）数字孪生体绩效（digital twin performance），使用数字孪生捕获、分析和践行操作数据，从而形成了一个完整的解决方案体系，并把西门子现有的产品及系统包揽其中，例如Teamcenter、PLM等。

 

在车辆领域，西门子通过数字孪生将现实世界和虚拟世界无缝融合，通过产品的数字孪生，制造商可以对产品进行数字化设计、仿真和验证，包括机械以及其他物理特性，并且将电器和电子系统一体化集成，如图1所示。新的技术提供了新的汽车设计与制造模式，基于数字孪生制造商能够规划和验证生产过程、创造工厂布局、选择生产设备并且仿真与预测，并优化人员和制造过程的工作条件。在自动生成可编辑控制器的代码后，通过虚拟调试技术，即可字虚拟环境中验证自动化系统，从而实现快速高效的现场调试。随后，利用虚拟世界来控制物理世界，将可编辑控制器代码下载到车间的设备中，通过全集成自动化，可实现高效可靠生产；通过制造运营管理系统，可实现生产排成和生产执行及质量检测；通过Mindsphere可随时监控所有机器设备，构建生产和产品及性能的数字孪生，实现对实际生产的分析与评估（图2）。此外，通过物理世界可持续反馈至产品和生产的数字孪生，可实现了现实世界中生产和产品的不断改进，缩短产品设计优化的周期。

 

图1 西门子车辆数字孪生

 

图2 基于Mindsphere平台的西门子数字孪生

 

我们大多数人认为呼吸是理所当然的，每天呼吸大约17000～23000次。目前，一些感染了COVID-19的患者在呼吸方面存在重大问题，并且难以维持生命。具有超过25000种的呼吸产品Vyaire Medical公司是医疗技术领域的全球市场领导者，能够提供用于诊断、治疗和监测生命各个阶段呼吸状况的服务。该公司利用西门子提供的技术支持，即使用Simcenter开发其产品的数字孪生，从而通过消除构建和测试物理原型的耗时过程来显着减少开发时间。在开发新产品的早期阶段，能够在仿真内部进行工作，而不是构建昂贵的物理原型，从而实现了缩短了时间周期并加快了工作进度的应用效果。

 

此外，西门子在风力涡轮机方面也开展了相关应用。当风力涡轮机或风力发电场开始运行时，会生成其他数据。记录与分析并返回操作性能数据，以作为反馈支持产品、运行过程的优化和风力涡轮机的优化等方面。基于数字孪生的特性能够提高工程效率、缩短上市时间、简化调试、优化流程并改善服务，其优势具体包含以下3个方面：

 

（1）数字孪生模型支持开始批量生产之前进行数字化设计并测试风能设备。风力涡轮机的数字孪生还可以在调试之前对关键阶段进行仿真，从而确保安全实施。此外，维修人员还可以在实际调试之前进行虚拟培训。

 

（2）数字孪生指导风力涡轮机的运行。因数字孪生能够连续记录运行和性能数据，并对该数据进行全面分析，从而可支持以可持续的方式优化风力发电机的生产和性能。

 

（3）数字孪生辅助设备维护和保养。为了确保最大程度地利用维护间隔，即维护时间不能过早，但同时也不能过晚，从而以避免任何计划外的停机时间，这样可以将停机时间降至最低。维护后或由于更换组件而对风力发电厂所做的更改直接记录在系统中，所有有关系统状况的文档始终保持最新的状态。