?數(shù)字孿生的定義

數(shù)字孿生是對(duì)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)字孿生可以為工廠、通信網(wǎng)絡(luò)或物流系統(tǒng)提供可視化數(shù)字視圖。調(diào)研機(jī)構(gòu) Gartner 表示：“數(shù)字孿生的實(shí)現(xiàn)是一個(gè)封裝的軟件對(duì)象或模型。它反映了一個(gè)特定的物理對(duì)象、流程、企業(yè)、人或其他抽象概念。通過來自多個(gè)數(shù)字孿生體的匯總數(shù)據(jù)，以形成一個(gè)可跨越多個(gè)現(xiàn)實(shí)世界實(shí)體（例如發(fā)電廠或城市）及其相關(guān)流程的綜合視圖。”

數(shù)字孿生的好處

這些物理操作的虛擬克隆可以幫助企業(yè)監(jiān)管運(yùn)營(yíng)、執(zhí)行預(yù)測(cè)性維護(hù)，以及當(dāng)資本需要做采購(gòu)決策時(shí)，為其提供洞察力。它們還可以幫助企業(yè)模擬那些由于時(shí)間或經(jīng)濟(jì)成本過高而無法通過物理資產(chǎn)進(jìn)行測(cè)試的場(chǎng)景、創(chuàng)建長(zhǎng)期的商業(yè)計(jì)劃、確認(rèn)新發(fā)明并改進(jìn)流程。

根據(jù)數(shù)字產(chǎn)品工程公司 GlobalLogic 的調(diào)查，數(shù)字孿生提供了五個(gè)主要優(yōu)勢(shì)：

• 加快風(fēng)險(xiǎn)評(píng)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(duì)其進(jìn)行虛擬測(cè)試和驗(yàn)證。工程師可以使用它們來識(shí)別過程故障。
• 測(cè)性維護(hù)。企業(yè)可以使用數(shù)字孿生主動(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。
• 實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控。用戶可以遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)。
• 更好的團(tuán)隊(duì)協(xié)作。GlobalLogic 指出，流程自動(dòng)化和可全天候24小時(shí)訪問信息系統(tǒng)，可以讓技術(shù)人員將更多時(shí)間用于協(xié)作。
• 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 指出，數(shù)字孿生由三個(gè)主要元素組成：

• 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)。
• 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(tái)和系統(tǒng)的輸出，如制造設(shè)備、客戶服務(wù)和采購(gòu)。
• 未來數(shù)據(jù)。其中包括機(jī)器學(xué)習(xí)和工程師的投入。

IBM 表示，當(dāng)今使用的各類型的數(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。在這里，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。這些孿生反映了構(gòu)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vs.模擬

數(shù)字孿生可以看作是對(duì)物理對(duì)象和過程的模擬，但數(shù)字孿生與眾不同之處在于可實(shí)時(shí)更新。

系統(tǒng)集成商 SL Controls 表示，模擬允許工程師對(duì)物理資產(chǎn)進(jìn)行測(cè)試和評(píng)估，但模擬是靜態(tài)的。輸入新參數(shù)取決于工程師。數(shù)字孿生可以接受來自物理資產(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(cè)試、評(píng)估和分析工作。

數(shù)字孿生軟件

數(shù)字孿生軟件平臺(tái)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。顧問 Ian Skerrett 表示，可擴(kuò)展的數(shù)字孿生平臺(tái)具備六個(gè)關(guān)鍵特性：

• 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”或“數(shù)字母版”的實(shí)例，即構(gòu)成物理資產(chǎn)的需求、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(tái)需要利用該數(shù)字線程，并提供工具來測(cè)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。
• 單一事實(shí)來源。平臺(tái)需要能夠更新并為每個(gè)數(shù)字孿生提供準(zhǔn)確的狀態(tài)。例如，日常維護(hù)可能會(huì)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(tái)必須能夠在每個(gè)對(duì)象和資產(chǎn)發(fā)生變化時(shí)，立即更新至準(zhǔn)確狀態(tài)。
• 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(tái)必須提供一個(gè)開放的 API，允許任何系統(tǒng)與之交互。
• 可視化和分析該平臺(tái)必須允許企業(yè)創(chuàng)建可視化、儀表板和對(duì)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)鏈接到數(shù)字線程。
• 事件和流程管理。平臺(tái)必須允許用戶創(chuàng)建可以基于平臺(tái)數(shù)據(jù)執(zhí)行的事件和業(yè)務(wù)流程。
• 客戶和用戶視角。該平臺(tái)需要實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生的利益相關(guān)者之間的協(xié)作。它應(yīng)該反映企業(yè)擁有或運(yùn)營(yíng)哪些數(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(tái)供應(yīng)商。以下是較受歡迎的產(chǎn)品：

• aPriori 數(shù)字制造仿真軟件
• Autodesk 數(shù)字孿生
• Ayla 物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)
• AWS 物聯(lián)網(wǎng)
• Interfacing Technologies 企業(yè)流程中心 (EPC)
• Oracle IoT 生產(chǎn)監(jiān)控云
• GE Predix 平臺(tái)
• SAP Leonardo    物聯(lián)網(wǎng)

數(shù)字孿生市場(chǎng)

數(shù)字孿生市場(chǎng)正在快速增長(zhǎng)。研究公司 Marketsand Markets 表示， 2020 年全球數(shù)字孿生市場(chǎng)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。

MarketsandMarkets 在報(bào)告中指出，“在工業(yè) 4.0 中，數(shù)字孿生被認(rèn)為將制造技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù)相結(jié)合，有助于開發(fā)互聯(lián)制造系統(tǒng)。因此，數(shù)字孿生技術(shù)似乎是一種促進(jìn)企業(yè)實(shí)現(xiàn)工作 4.0 的理想解決方案。”

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

來源：www.cio.com

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