在国家大力推动 “新基建” 的浪潮中，制造业迎来了前所未有的变革契机。基于数字孪生的生产仿真应用，就像一把宝贵的钥匙，为制造业打开了提升制造能力、质量以及产品可靠性的新大门，在中国制造业的应用前景一片光明。
“新基建” 和传统基建可不一样，它内涵丰富、涵盖广泛，充分体现了数字经济的特点，秉持着创新化、数字化、智能化、绿色化的新型发展理念。阿里研究院副院长安筱鹏博士曾说，未来十年是新型基础设施的安装时期。全球数字经济的一个关键主题，就是数字基础设施的重构、切换与迁徙，以及基于新型数字基础设施的商业生态再造。
数字基建是通往数字孪生世界的重要基础。数字技术与传统基础设施深度融合创新，随着新需求不断更新迭代，正搭建起全新的技术架构体系，逐步营造出一个数字孪生的奇妙世界。
在 “新基建” 中占据重要地位的工业互联网，和数字孪生技术紧密相连。美国工业互联网联盟把数字孪生视为工业互联网落地的核心与关键，德国工业 4.0 架构也着重强调了数字孪生的重要性。
数字孪生的核心是实现虚实融合，物理模型和数字孪生模型能够双向映射。工业互联网则是通过广泛连接设备，汇聚海量数据，运用算法模型进行深度剖析，从而了解生产设备的运行状况。最终结合工业应用和业务逻辑，把分析结论转化为最佳决策并付诸实践，实现工业领域的整体优化。
由此可见，数字孪生是工业互联网重要的应用场景，二者相互依存。鉴于数字孪生技术在 “新基建” 涉及的众多领域都起着关键作用，企业应该重视它的应用，积极寻找合适的应用场景，为自身创造价值。
生产制造环节是数字孪生技术大显身手的地方。如今，个性化、多元化的市场消费需求成为主流，制造业面临着越来越激烈的市场竞争，承受着时间、成本、质量和产品差异化等方面的巨大压力。
企业面对市场环境的突然变化，常常会手忙脚乱。就拿疫情来说，如何借助技术手段迅速实现复工复产，成了每个制造企业都要解决的难题。
除此之外，企业还面临着很多棘手的问题。新产品研发和生产周期过长，很难从 “以产定销” 转变为 “按需生产”。企业投入大量资源进行产品创新，却无法精准评估新产品在现有制造条件下的可生产性。
因为新设计的产品通常需要新的工艺、工装、设备和生产线，如果在产品创新设计之初不仔细评估其可制造性，肯定会埋下很大的隐患。
同时，工艺是连接设计和制造的桥梁，随着产品越来越复杂，对制造工艺的要求也越来越高。然而，目前中国制造企业的工艺设计和验证手段相对落后。
生产车间信息不透明，很难实现优化生产工艺、降低成本的目标。无法进行设备的预测性维护，工厂产能难以保障。无法实现产品质量追溯，售后服务水平难以提高。在新工厂规划时，如何利用现有技术打造现代化智能工厂，也让人有些困惑。
这些问题和传统车间复杂制造系统的设计思路有关。过去采用线性开发方式结合经验进行工程设计和实体建造，不能充分反映实际问题，缺乏全局考量，对设计人员经验的依赖性较强，已经很难满足制造企业对生产系统优化的需求了。
搭建基于数字孪生技术的数字化工厂，是解决上述问题的最好办法。通过依托产品全周期的真实数据，在虚拟环境中对生产全过程进行仿真、优化和重构。
创建虚拟模型来模拟生产过程，这些虚拟模型可以为物理工厂车间里所有连接的机器、工具和设备进行数字操作。这样一来，企业就能快速配置生产系统，提高效率，提升资产利用率，防止停机，变得更加灵活。
在数字化工厂建设中，数字孪生技术能够同时完成 “实物设备数字化、运动过程脚本化、系统整线集成化、控制指令下行同步化、现场信息上行并行化”，形成整线的执行引擎，实现实物设备与虚拟模型的虚实互动、指令与信息同步，为车间的快速设计、规划、装配和测试提供有力支持。
虚拟调试技术是数字化工厂构建的核心技术之一。数字化工厂建设的核心需求是对真实的产品制造过程进行严谨的虚拟规划、仿真分析和优化，并将结果反馈到相关系统，验证其可行性和系统生产能力。
在构建数字化工厂时，如何帮助系统架构师进行早期验证、让结构工程师了解动态行为、协助软件工程师进行早期验证，是需要解决的难题。
虚拟调试技术作为数字化工厂建设的重要功能和未来智能制造领域的技术趋势，有很多优点。它可以在计算机上模拟整个生产过程，包括机器人、自动化设备、PLC、变频器、电机等单元。
比如，机器人单元模型创建完成后，可在虚拟世界中进行测试和验证。通过在仿真模型 “预演” 的基础上进行分析、评估和验证，能够快速发现系统运行中存在的问题和需要改进的地方，并及时进行调整和优化。
它可应用于虚拟系统验证、虚拟样机、碰撞检测、计划优化、产线虚拟调试等场景，减少实体产品系统的更改和返工次数，有效降低成本、缩短工期、提高效率。
在真正的嵌入式和高级控制软件驱动下，机械、装备或工厂在赛博空间进行完全建模，可再现系统组件的动态过程和行为。此外，模拟还可考虑外部因素和环境因素的影响，如人员、产品和交通等，实现硬件和软件的并行开发、极早期错误检测和 “零缺陷” 工程质量管理。
基于数字孪生的生产仿真应用有很多明显的优势。对于希望借助数字孪生技术实现智能制造转型并创造实际效益的企业来说，它是重要的突破口，也是工业互联网平台应用最直观的可视化呈现方式之一，为打造基于模型的企业提供了重要支撑。
从产品研发的角度看，它能把产品的加工和装配过程以可视化的方式真实地呈现给设计人员，让他们在产品正式生产前就能对设计的可制造性进行调整，真正实现 DFM 和面向维护的设计，提高产品质量设计水平。
通过近似现实工厂的二维或三维车间布局数字孪生模型，为物流仿真提供了有利条件，能对工厂生产组织模式进行动态验证和调整，快速评估车间产能状况，指导企业合理配置生产资源。
越来越多的中国制造企业引入了工业机器人，由于客户需求和产能需求的变化，生产线和生产节拍需要不断调整。基于数字孪生的生产仿真应用可确保工业机器人的控制程序及时调整并仿真其工作状态，保障其合理运动轨迹，使生产线更加柔性化，加快生产组织切换调整效率。
总体来说，中国制造业存在 “大而不强” 的问题，制造能力不足是短板，特别是在高精度、高可靠性、产品结构高度复杂、需要高度自动化加工和对产品质量要求极高的产品制造方面。
在 “新基建” 的大背景下，基于数字孪生的生产仿真应用无疑是提升中国制造业制造能力、质量和产品可靠性的好办法。它在中国制造业的应用前景十分广阔，值得企业积极探索和应用。