未来趋势！如何用数字孪生打造汽车工厂大屏？

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今年上半年我国新能源汽车销量达到乘用车总销量 25 %，同比增长 1.2 倍。用户对新能源汽车的热情，也给汽车制造工厂带来压力。提升新能源汽车产量成为每家汽车企业的头号挑战。对于极氪用户体验中心（ZED）来说，如何用体验设计为汽车制造赋能是我们持续探索的命题。

新能源汽车制造也是我国向高端制造业转型的关键，国务院颁布《中国制造 2025》，提出要从产业链末端的“世界工厂”，向自主创新的“中国智造”转变。随着人工智能、5G、工业互联网、数字孪生等新兴技术的飞速发展，智能制造已成为全球制造业重要发展趋势。而数字孪生正是体验设计为汽车制造赋能的切入点。

基础知识：

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一、什么是数字孪生

数字孪生，英文名叫 Digital Twin（数字双胞胎）。简单来说是在虚拟世界构建与现实世界中一致的 3D 模型，就像在电脑里创建一个数字版的“克隆体”，但这又和电脑里单纯的设计图纸，3D 模型不一样。数字孪生不是简单的外形一模一样，而是对现实世界本体的动态仿真，它会像本体一样运转起来，本体能在现实世界中运动、生长，数字孪生体在虚拟世界中也能做到。

之所以数字孪生体能在虚拟世界中做到现实世界本体一样的事情，这来自于我们对本体物理多维度精确测量，还有本体上面传感器反馈的数据和运行的历史数据。

二、数字孪生的功能

1. 追踪生产

本体和数字孪生体之间，可以建立全面实时的联系，这意味着远程的本体发生变化，我们能通过数字孪生体实时看到变化。

工厂占地上万平方米，要去各个车间查看生产情况或管理非常费时。而在极氪工厂的数字孪生大屏每 15 分钟会更新工厂管理员与各个生产零部件位置和交货时间。如果出现延迟，这种即时数据的透明度可使我们能够立即做出反应，并尽早采取适当措施以避免额外成本的产生。

2. 虚拟装配

构建汽车零件的数字孪生，在虚拟世界中进行装配，可帮助检查项目在每个阶段的可装配性，避免装配缺陷在流水线上发生，确保产品的生产制造。

3. 模拟生产

本体和孪生体之间的数据流动是双向的。我们可以用汽车制造工厂的数字孪生体在虚拟世界中测试几种不同的生产线设计重组方案的可行性和实际性能，一旦测试结果能提升效率，再将设定同步回本体，现实世界的工厂也能提高制造效率。这大大节省在现实世界工厂中测试的时间和成本。

4. 用游戏引擎构建

要将数字孪生这个宏大的概念落地，设计师必须选择趁手的工具开始构建。显然 Sketch、Figma 等 2D 设计工具无法进行 3D 设计。而传统的 3D 设计软件虽然可以建模，也内置简单的动画功能，但要 3D 模型具备现实世界本体的动态仿真，则需要设计师和程序员配合耗费大量时间与精力。

正如组件化让设计师和程序员从重复的 2D 界面构建工作中解放出来，游戏引擎具备复杂精细的 3D 模型渲染能力与物理引擎让游戏设计极大提高效率。例如使用虚幻引擎的蓝图可视化脚本，在不用专职开发人员配合下，设计师能独立完成从导入模型、用脚本驱动模型、UI 设计、连接数据整个过程。从某个角度来说一款让我们沉浸其中的游戏，就是一个拟真度非常高的数字孪生虚拟世界。

各行各业都已将游戏引擎用于建筑设计、电影摄制、航空航天和汽车等领域的非游戏性应用，正在创造各种各样的模拟、VR 体验和实时可视化。使用游戏引擎来设置和维护数字孪生要比从零开始编程方便快捷得多。

三、设计数字孪生的流程

1. 确定需求

所有设计第一步都是确定需求，有了需求才能划定项目范围和目标。对于极氪而言，我们始终围绕生产力和生产过程去拆解需求。因此我们决定从两条动线打造数字孪生工厂。

一条是指首页的信息流动线，从个性化配置为起始点，再去回溯整个生产过程。显示在不同车间的透明化过程，监督车辆的制造过程。另一条是指车间信息动线，基于车间的特性，直观展示车间核心的技术能力、先进设备以及能源消耗。

2. 搭建并导入 3D 模型

游戏引擎支持各种 3D 软件，我们用 C4D 制作 3D 模型进行导入。对于模型精度构建标准上，达到 LOD4 精度等级。从工厂到车间-产线-设备能够还原 1:1 建模精度。其次在 3D 数据特效上，我们引入天气、昼夜系统，还原真实世界情况。

3. 设备数据采集

导入的 3D 模型无法运转，要让它向真实世界的设备一样运转，必须从真实设备采集数据，并将数据与 3D 模型绑定，用数据驱动模型运转。为了保证孪生模型与场景的实时交互，稳定、快速、安全数据采集方法尤为重要。工厂车间有大量不同技术不同厂家的设备，目前一般通过统一架构，用 RESTful API 获取设备数据。

4. 构建数字孪生

在获得设备数据后，将数据与模型绑定，用数据驱动 3D 模型。看到脚本无需担心，游戏引擎的蓝图可视化脚本能让设计师通过简单的拖拽独自完成，无需程序员编程。

在游戏引擎中，也能方便的创作 UI 界面。在导入界面切图后，同样用蓝图可视化脚本把需要在界面显示的数据、能进行的交互操作进行绑定。

四、未来

数字孪生可以贯穿产品的设计，开发，制造，服务，维护乃至报废回收的整个周期，它不仅帮助我把汽车更好地造出来，还包括帮助用户更好地使用汽车。之后我们计划向车主用户开放数字孪生工厂，用户可以在线参观极氪工厂办公环境，了解一块金属钢板是如何变成车身钣金零件；可以根据自己的喜好选择汽车颜色；也可以近距离观察汽车零件的装配，玩家可以在不同车间参与互动任务，充分了解汽车制造流程上的所有重要节点，看到自己订购的汽车实时生产进度。

未来极氪将会紧跟新技术的发展，创造出更多可视化互动应用，探索企业效率和体验的创新。