淺談數位分身於機械工程的應用與挑戰｜專家論點【郭啟全】

2023-02-08

郭啟全（明志科技大學機械工程系教授兼系主任、智慧醫療研究中心教授）

筆者於2021年曾經帶一位公司之主管，到南港展覽館參觀2021台北國際自動化工業大展。於會場中，他看到一個未見過之專有名詞：數位分身（digital twin）。因此，他就問筆者何謂數位分身（digital twin）？此一名詞筆者也曾見過digital twin翻譯成數位孿生、數位雙生或數位對映。真有趣，引用維基百科對於「分身」之詮釋，分身是指某一生者在二地同時出現，由第三者看到另一個自己的現象。然而，孿生所指的是母體一次妊娠分娩兩個胎兒，也就是雙胞胎的意思。簡言之，數位對映、數位雙生、數位孿生或數位分身就是digital twin。

大約10年前，德國聯邦教育及研究部和聯邦經濟以及科技部提出工業4.0（Industry 4.0），又稱為生產力4.0。此高科技計畫創造第四次工業革命，德國政府投資約2億歐元，用來提昇製造業的電腦化、數位化和智慧化，希冀完成智慧製造（intelligent manufacturing）。因此，近年來常常於報章媒體看到虛實整合系統（cyber-physical systems）此一個名詞。其實，此一名詞正是「工業4.0時代智慧製造之數位分身」最佳寫照。

簡單來說，數位分身就是鏈結（link）實體（physical）與數位（digital）之橋梁，透過數據（data）傳輸，使一件物品同步存在於實體與虛擬兩個世界。因此，於機械工程要履行數位分身技術，就須於設備中安裝諸多感測器（sensors），例如：溫度感測器、速度感測器、壓力感測器、濕度感測器、力量感測器、氣體感測器、磁阻感測器…..等等。於機械工程領域，新塑膠射出成型品之開發主要涵蓋五個階段（five stages）：射出成型品設計、模具設計、模具加工、試模，到最後之量產，於每一個階段銜接過程中，均須如履薄冰地審查。

根據多年與多次工廠實地訪視過程中，筆者發現公司之經驗豐富電腦輔助工程師必需要經過多年培養，然而，一但該位經驗豐富電腦輔助工程師離職後，該公司將有可能導致技術斷層。因此，模具數位分身對於新塑膠射出成型品之開發即扮演一個重要的角色。圖1為明志科技大學機械工程系郭啟全教授兼系主任所指導的研究生江子凡運用數位分身於塑膠射出成型品之應用。

數位分身技術若能夠落實於塑膠射出成型產業。筆者認為，不但會產生員工與老闆Win-Win 雙贏，甚至會創造出員工、老闆與地球「三贏」，因為工業4.0之目標是整合製造資源與大數據（big data），進行自動化精準生產（Automated Precision Manufacturing, APM）與減少資源與成本浪費。