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數(shù)字孿生的定義

數(shù)字孿生是對象、流程和系統(tǒng)的實(shí)時(shí)而虛擬的表示。雖然數(shù)字孿生可以代表純粹的數(shù)字事物，但它們通常是物理和數(shù)字領(lǐng)域之間的橋梁。例如，數(shù)字孿生可以提供工廠運(yùn)營、通信網(wǎng)絡(luò)或通過物流系統(tǒng)的數(shù)字視圖。

調(diào)研機(jī)構(gòu)Gartner公司表示：“數(shù)字孿生的實(shí)現(xiàn)是一個(gè)封裝的軟件對象或模型，它反映了一個(gè)獨(dú)特的物理對象、流程、組織、人員或其他抽象。來自多個(gè)數(shù)字孿生的數(shù)據(jù)可以聚合成一個(gè)綜合視圖，涵蓋許多真實(shí)世界的實(shí)體(例如發(fā)電廠或城市)及其相關(guān)流程。”

數(shù)字孿生的好處

物理操作的虛擬克隆可以幫助企業(yè)監(jiān)控操作、執(zhí)行預(yù)測性維護(hù)，并為投資決策提供見解。它們還可以幫助企業(yè)模擬那些使用實(shí)物資產(chǎn)進(jìn)行測試過于耗時(shí)或過于昂貴的場景，創(chuàng)建長期業(yè)務(wù)計(jì)劃，識別新發(fā)明，并改進(jìn)流程。

根據(jù)數(shù)字產(chǎn)品工程服務(wù)商Global Logic公司的調(diào)查，數(shù)字孿生提供了五個(gè)主要優(yōu)勢：

(1)加速風(fēng)險(xiǎn)評估和生產(chǎn)時(shí)間。數(shù)字孿生可以幫助企業(yè)在生產(chǎn)產(chǎn)品之前對其進(jìn)行虛擬測試和驗(yàn)證。工程師可以使用它們來識別過程故障。

(2)預(yù)測性維護(hù)。企業(yè)可以使用數(shù)字孿生來主動(dòng)監(jiān)控設(shè)備和系統(tǒng)，以便在它們發(fā)生故障之前安排維護(hù)，從而提高生產(chǎn)效率。

(3)實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控。用戶可以遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制系統(tǒng)。

(4)更好的團(tuán)隊(duì)協(xié)作。Global Logic公司指出，流程自動(dòng)化和全天候訪問系統(tǒng)信息讓技術(shù)人員可以將更多的時(shí)間用于協(xié)作。

(5)更好的財(cái)務(wù)決策。通過集成財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)，企業(yè)可以使用數(shù)字孿生來做出更好、更快的調(diào)整決策。

數(shù)字孿生的技術(shù)

系統(tǒng)集成商SL Controls公司指出，數(shù)字孿生包括三個(gè)主要元素：

(1)歷史數(shù)據(jù)。有關(guān)機(jī)器、流程和系統(tǒng)過去性能的數(shù)據(jù)。

(2)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。數(shù)字孿生接收來自設(shè)備傳感器的持續(xù)更新以及來自平臺和系統(tǒng)的輸出，例如制造設(shè)備、客戶服務(wù)和采購。

(3)未來數(shù)據(jù)。這其中包括機(jī)器學(xué)習(xí)和工程師的輸入。

IBM公司表示，當(dāng)今使用的各種數(shù)字孿生在很大程度上因其應(yīng)用領(lǐng)域而有所不同：

組件孿生/零件孿生。這些是數(shù)字孿生的基本單元。這里的孿生代表組件或零件的物理、機(jī)械或電氣特性。

資產(chǎn)孿生。資產(chǎn)是兩個(gè)或多個(gè)協(xié)同工作的組件。這些孿生代表組件之間的交互以創(chuàng)建性能數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)或單元孿生。這些孿生反映了形成系統(tǒng)或單元的資產(chǎn)的相互作用。

流程孿生。這些孿生代表了系統(tǒng)如何協(xié)同工作。例如，流程孿生可能代表整個(gè)生產(chǎn)設(shè)施。

數(shù)字孿生與模擬

數(shù)字孿生可以看作是對物理對象和過程的模擬，但使數(shù)字孿生與眾不同的是實(shí)時(shí)更新。

SL Controls公司表示，模擬允許工程師對物理資產(chǎn)進(jìn)行測試和評估，但其模擬是靜態(tài)的。這取決于工程師輸入新參數(shù)。數(shù)字孿生可以接收來自物理資產(chǎn)、流程或系統(tǒng)的實(shí)時(shí)更新，允許工程師使用真實(shí)環(huán)境執(zhí)行測試、評估和分析工作。

數(shù)字孿生的示例

很多企業(yè)已經(jīng)在使用數(shù)字孿生技術(shù)來改善他們的業(yè)務(wù)。

羅爾斯·羅伊斯公司提高噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)效率：英國航空航天和國防技術(shù)提供商羅爾斯·羅伊斯公司已經(jīng)部署數(shù)字孿生技術(shù)來監(jiān)控其生產(chǎn)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量。該公司可以監(jiān)控每臺發(fā)動(dòng)機(jī)的飛行方式、飛行條件以及飛行員如何使用它。羅爾斯·羅伊斯使用數(shù)字孿生提供針對特定發(fā)動(dòng)機(jī)量身定制的服務(wù)計(jì)劃。

瑪氏優(yōu)化其供應(yīng)鏈：美國糖果、寵物護(hù)理和食品商瑪氏公司為其制造供應(yīng)鏈創(chuàng)建了數(shù)字孿生以支持其業(yè)務(wù)。該公司正在使用該技術(shù)來提高產(chǎn)能和過程控制，包括通過預(yù)測性維護(hù)來提高機(jī)器的正常運(yùn)行時(shí)間，并減少導(dǎo)致產(chǎn)品包裝不一致的相關(guān)浪費(fèi)。

TIAA降低了客戶服務(wù)的復(fù)雜性：美國教師保險(xiǎn)和年金協(xié)會—大學(xué)退休股票基金(TIAA)正在使用數(shù)字孿生來降低新機(jī)構(gòu)客戶注冊的復(fù)雜性。TIAA的數(shù)字孿生使用產(chǎn)品元數(shù)據(jù)、運(yùn)營流程、重疊的相互依賴性以及業(yè)務(wù)規(guī)則來驗(yàn)證計(jì)劃運(yùn)營商的服務(wù)計(jì)劃。

拜耳作物科學(xué)公司通過虛擬工廠重塑戰(zhàn)略：拜耳作物科學(xué)公司為其在北美地區(qū)的的九個(gè)玉米種子生產(chǎn)基地創(chuàng)建了“虛擬工廠”。虛擬工廠是九個(gè)站點(diǎn)中每個(gè)站點(diǎn)的設(shè)備、過程和產(chǎn)品流特性、物料清單和操作規(guī)則的動(dòng)態(tài)數(shù)字表示。除了提供實(shí)時(shí)的運(yùn)營視圖之外，虛擬工廠還允許拜耳公司執(zhí)行“假設(shè)”分析，該公司使用這些分析來分析新戰(zhàn)略、做出資本購買決策、制定長期業(yè)務(wù)計(jì)劃以及改進(jìn)流程。

數(shù)字孿生軟件

數(shù)字孿生軟件平臺結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)傳感器數(shù)據(jù)和其他數(shù)據(jù)來監(jiān)控資產(chǎn)性能和運(yùn)行模擬。數(shù)字孿生行業(yè)顧問Ian Skerrett表示，可擴(kuò)展的數(shù)字孿生平臺有六個(gè)關(guān)鍵特性：

(1)管理數(shù)字孿生生命周期。Skerrett表示，數(shù)字孿生是“數(shù)字線程”的實(shí)例，即構(gòu)成物理資產(chǎn)的要求、部件和控制系統(tǒng)。例如，風(fēng)電設(shè)施的數(shù)字線程由工程圖、材料清單、軟件版本和其他用于創(chuàng)建其工件組成。風(fēng)電設(shè)施數(shù)字孿生平臺需要利用數(shù)字線程并提供工具來測試、部署和管理基于數(shù)字線程的數(shù)字孿生。這些工具需要能夠擴(kuò)展到數(shù)百個(gè)數(shù)字線程和數(shù)千個(gè)數(shù)字孿生。

(2)單一事實(shí)來源。數(shù)字孿生平臺需要能夠更新并提供每個(gè)數(shù)字孿生的確切狀態(tài)。例如，日常維護(hù)可能會導(dǎo)致一項(xiàng)資產(chǎn)的部件或固件版本與另一項(xiàng)資產(chǎn)不同。數(shù)字孿生平臺必須能夠在每個(gè)對象和資產(chǎn)發(fā)生變化時(shí)立即更新其確切狀態(tài)。

(3)開放API。作為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)解決方案的接口和集成點(diǎn)，該平臺必須提供一個(gè)開放的API，允許任何系統(tǒng)與其交互。

(4)可視化和分析。該平臺必須允許企業(yè)創(chuàng)建可視化、儀表板和對來自數(shù)字孿生的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的深入分析。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)應(yīng)該鏈接到數(shù)字線程。

(5)事件和流程管理。該平臺必須允許用戶創(chuàng)建可以基于平臺數(shù)據(jù)執(zhí)行的事件和業(yè)務(wù)流程。

(6)客戶和用戶視角。該平臺需要支持?jǐn)?shù)字孿生的利益相關(guān)者之間的協(xié)作。它應(yīng)該反映哪個(gè)企業(yè)擁有或運(yùn)營哪一個(gè)數(shù)字孿生，以及允許哪些用戶訪問數(shù)據(jù)。

數(shù)字孿生公司

許多企業(yè)正在構(gòu)建自己的數(shù)字孿生，但也有一些流行的平臺供應(yīng)商。一些更受歡迎的產(chǎn)品包括：

aPriori數(shù)字制造仿真軟件

Autodesk數(shù)字孿生

Ayla物聯(lián)網(wǎng)平臺

AWS物聯(lián)網(wǎng)

Interfacing Technologies企業(yè)流程中心(EPC)

Oracle 物聯(lián)網(wǎng)生產(chǎn)監(jiān)控云平臺

GE Predix平臺

SAP Leonardo物聯(lián)網(wǎng)

數(shù)字孿生市場

數(shù)字孿生市場如今正在快速增長。研究機(jī)構(gòu)MarketsandMarkets公司表示，2020年全球數(shù)字孿生市場規(guī)模為31億美元，預(yù)計(jì)到2027年將達(dá)到635億美元。該公司認(rèn)為數(shù)字孿生是第四次工業(yè)革命(或“工業(yè)4.0”)的關(guān)鍵組成部分。

該公司在其報(bào)告中指出，“在工業(yè)4.0中，數(shù)字孿生被認(rèn)為是制造技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù)的結(jié)合，有助于開發(fā)互連的制造系統(tǒng)。因此，數(shù)字孿生技術(shù)似乎是促進(jìn)企業(yè)實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0的一種理想解決方案。”

該公司認(rèn)為，汽車和運(yùn)輸、能源和電力、航空航天和國防垂直領(lǐng)域是數(shù)字孿生技術(shù)的主要用戶。

原文標(biāo)題：What is a digital twin? A real-time, virtual representation，作者：Thor Olavsrud