日前國家發(fā)改委印發(fā)的一份《關(guān)于推進(jìn)“上云用數(shù)賦智”行動(dòng) 培育新經(jīng)濟(jì)發(fā)展實(shí)施方案》中，數(shù)字孿生技術(shù)被多次提及，受關(guān)注程度和云計(jì)算、AI、5G等一樣，上升到國家高度。方案提出要圍繞解決企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型所面臨的數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施、通用軟件和應(yīng)用場景等難題，支持?jǐn)?shù)字孿生等數(shù)字化轉(zhuǎn)型共性技術(shù)、關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)應(yīng)用，引導(dǎo)各方參與提出數(shù)字孿生的解決方案。
數(shù)字孿生（Digital Twin）對(duì)大部分人而言“不明覺厲”。簡單來說，就是真實(shí)的物理實(shí)體所對(duì)應(yīng)的1:1數(shù)字化鏡像。通過數(shù)字技術(shù)，將物體、系統(tǒng)、流程等實(shí)時(shí)映射在數(shù)字化系統(tǒng)中，對(duì)產(chǎn)品、制造乃至工廠虛擬仿真，創(chuàng)造一個(gè)數(shù)字版的“克隆體”，是推動(dòng)產(chǎn)品創(chuàng)新、性能提升的底層邏輯和強(qiáng)大支撐。
數(shù)字孿生已成為數(shù)字化轉(zhuǎn)型進(jìn)程中炙手可熱的焦點(diǎn)。知名咨詢機(jī)構(gòu)IDC預(yù)測，到2020年全球頭部600家企業(yè)都會(huì)使用數(shù)字孿生來提供產(chǎn)品創(chuàng)新。在近日Gartner和樹根互聯(lián)共同出版的行業(yè)白皮書《如何利用數(shù)字孿生幫助企業(yè)創(chuàng)造價(jià)值？》中也預(yù)測，到2021年，半數(shù)的大型工業(yè)企業(yè)將使用數(shù)字孿生，從而使這些企業(yè)的效率提高10%；到2024年，超過25%的全新數(shù)字孿生將作為新loT原生業(yè)務(wù)應(yīng)用的綁定功能被采用。
隨著新基建的推進(jìn)，企業(yè)數(shù)字化進(jìn)程加快，數(shù)字孿生與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合，將為制造業(yè)的提升帶來更廣闊的想象空間。
數(shù)字孿生已悄悄在國內(nèi)外落地應(yīng)用
數(shù)字孿生對(duì)于大型、技術(shù)復(fù)雜的機(jī)器設(shè)備，如飛機(jī)、火箭等尤為重要。由于這類設(shè)備技術(shù)含量高，且一旦出錯(cuò)，代價(jià)昂貴，因此，航空航天領(lǐng)域是最早應(yīng)用數(shù)字孿生的領(lǐng)域。2009年美國空軍實(shí)驗(yàn)室提出了“機(jī)身數(shù)字孿生”的概念。2010年NASA也開始在技術(shù)路線圖中使用“數(shù)字孿生”術(shù)語。
而在工業(yè)制造領(lǐng)域，由于虛擬空間數(shù)字映射的分析以及與實(shí)體的交互，對(duì)設(shè)備、系統(tǒng)的發(fā)展軌跡有一個(gè)提前的預(yù)測，從而大幅提升企業(yè)的態(tài)勢感知的能力。而擁有了超前一步的洞察力，必將能指導(dǎo)企業(yè)更好的去做相應(yīng)的業(yè)務(wù)決策，比如，更合理的檢修時(shí)間、更完善的排產(chǎn)計(jì)劃，更貼合市場的上市時(shí)機(jī)......
近年來，以西門子、GE、SAP、PTC、ESI、ANSYS 等為代表的領(lǐng)先企業(yè)更是不斷推動(dòng)著數(shù)字孿生的落地。
在生產(chǎn)制造領(lǐng)域：美國GE借助數(shù)字孿生這一概念，提出物理機(jī)械和分析技術(shù)融合的實(shí)現(xiàn)途徑，并將數(shù)字孿生應(yīng)用到旗下航空發(fā)動(dòng)機(jī)的引擎、渦輪，以及核磁共振設(shè)備的生產(chǎn)和制造過程中，讓每一臺(tái)設(shè)備都擁有了一個(gè)數(shù)字化的“雙胞胎”，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)維過程的精準(zhǔn)監(jiān)測、故障診斷、性能預(yù)測和控制優(yōu)化。
在產(chǎn)品開發(fā)領(lǐng)域：勞斯萊斯使用數(shù)字孿生風(fēng)扇葉片來制造超級(jí)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，通過模擬物理對(duì)象在各種場景下的性能、驗(yàn)證產(chǎn)品的功能、安全性和質(zhì)量，避免多個(gè)原型的重復(fù)開發(fā)，并提高了25%的燃油消耗效率。
在全生命周期領(lǐng)域：西門子借助數(shù)字孿生的管理工具——PLM（ProductLifecycleManagement）產(chǎn)品生命周期管理軟件將數(shù)字孿生的價(jià)值推廣到多個(gè)行業(yè)，并在醫(yī)藥、汽車制造領(lǐng)域取得顯著的效果。以葛蘭素史克疫苗研發(fā)及生產(chǎn)的實(shí)驗(yàn)室為例，通過“數(shù)字化雙胞胎”的全面建設(shè)，使復(fù)雜的疫苗研發(fā)與生產(chǎn)過程，實(shí)現(xiàn)完全虛擬的全程“雙胞胎”監(jiān)控，企業(yè)的質(zhì)量控制開支減少13%，它的返工和報(bào)廢減少25%，合規(guī)監(jiān)管費(fèi)用居然也減少了70%。
在銷售領(lǐng)域：世界最大的軸承制造商SKF已經(jīng)將數(shù)字孿生模型應(yīng)用到其分銷網(wǎng)絡(luò)中， 該模型包含800 個(gè)庫存量單位的主要數(shù)據(jù), 涵蓋5 個(gè)系統(tǒng)的40 個(gè)安裝單元, 使供應(yīng)鏈管理人員能夠基于數(shù)字孿生的可視化和完整視圖進(jìn)行全球化供應(yīng)鏈管理決策。
近年的數(shù)字孿生城市的構(gòu)建，更是引發(fā)城市智能化管理和服務(wù)的顛覆性創(chuàng)新。新加坡利用仿真系統(tǒng)CityScope, 實(shí)現(xiàn)對(duì)城市的仿真優(yōu)化、規(guī)劃決策等功能; 荷蘭第二大城市鹿特丹利用該市的數(shù)字孿生系統(tǒng)，來改善基礎(chǔ)設(shè)施維護(hù)、能源效率、道路和水上交通，以及幫助消防員在緊急情況下出行任務(wù)等等。
而在國內(nèi)，數(shù)字孿生已在智慧城市建設(shè)中有較多落地應(yīng)用。比如，雄安新區(qū)融合地下給水管、再生水管、熱水管、電力通信纜線等12種市政管線的城市地下綜合管廊數(shù)字孿生體讓人驚艷；江西鷹潭“數(shù)字孿生城市”榮獲巴塞羅那全球智慧城市大會(huì)全球智慧城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型獎(jiǎng)。
除此以外，在國內(nèi)石化、電力等領(lǐng)域的大型工程中也不乏數(shù)字孿生成功應(yīng)用的身影。比如：“世紀(jì)工程”的中俄東線天然氣管道工程，就利用RayData智能管道可視化交互管理系統(tǒng)，建成全方位、全周期的監(jiān)控“數(shù)字孿生體”，為管道的運(yùn)營運(yùn)維、風(fēng)險(xiǎn)排查提供精準(zhǔn)、實(shí)時(shí)的信息數(shù)據(jù)，成為中國首條“智能管道”的樣板工程，實(shí)現(xiàn)了在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)下開展可研、設(shè)計(jì)、采辦和施工。
隨著運(yùn)營動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的不斷豐富，“數(shù)字孿生體”將跟隨管道全生命周期而共同生長。比如：上海110千伏博藝站將變電站本體和設(shè)備的BIM模型（建筑信息模型）與數(shù)字孿生技術(shù)融合，集成變電站設(shè)備參數(shù)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、運(yùn)行狀態(tài)等信息，實(shí)現(xiàn)實(shí)體站與數(shù)字孿生站的同步建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了變電站全生命周期的管控。
切勿將數(shù)字孿生誤讀為單純的3D呈現(xiàn)
數(shù)字孿生雖已走出了學(xué)院、實(shí)驗(yàn)室，在真實(shí)場景中落地應(yīng)用。但是，大眾對(duì)于數(shù)字孿生的認(rèn)知仍比較模糊。在商業(yè)應(yīng)用中，應(yīng)該避免對(duì)其理解片面或偏差，以為做數(shù)字孿生，只是呈現(xiàn)層面上的一些交付。更不能簡單地將數(shù)字孿生當(dāng)成是3D呈現(xiàn)，為了一個(gè)“酷炫”的視覺效果而投入大量人力物力來做3D美化。這將不利于數(shù)字孿生的更廣泛推廣和未來發(fā)展。
事實(shí)上，3D呈現(xiàn)只是數(shù)字孿生冰山露出海面的一角，隱藏在水下的是大量數(shù)據(jù)的采集、機(jī)理模型的構(gòu)建、機(jī)理仿真、3D建模數(shù)據(jù)等比較完整的綜合體作為支撐。有了這部分，才能真正產(chǎn)生價(jià)值。這也是建設(shè)數(shù)字孿生真正的難點(diǎn)。尤其是構(gòu)建模型中新增的大量傳感器，以及相關(guān)算法的沉淀和梳理，還有大體量樣本的對(duì)比。這些是數(shù)字孿生真正在背后要去做的有價(jià)值的工作。
數(shù)字孿生要在工業(yè)制造中發(fā)揮價(jià)值，要依托工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，數(shù)字孿生可幫助企業(yè)全面了解從產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、開發(fā)，到生產(chǎn)、上市、直至被使用的全流程。這有助于企業(yè)快速發(fā)現(xiàn)和解決問題，加快新品上市速度，提高產(chǎn)品質(zhì)量，優(yōu)化運(yùn)營，并開發(fā)新的經(jīng)營模式，提高收益，尤其是提升趨勢感知和決策力。
隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用推進(jìn)，網(wǎng)絡(luò)的連通效用使得各個(gè)數(shù)字孿生在設(shè)備資產(chǎn)管理，產(chǎn)品生命周期管理和制造流程管理中開始發(fā)生關(guān)聯(lián)、互相補(bǔ)充，通過對(duì)原材料、工廠制造、銷售、客戶需求一體化的管理，打通構(gòu)成數(shù)字孿生的閉環(huán)。
以工程機(jī)械龍頭企業(yè)三一集團(tuán)為例。三一集團(tuán)通過利用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)能力，把數(shù)據(jù)采集和建模，圍繞產(chǎn)品的全生命周期，從智能研發(fā)、智能工廠、智能服務(wù)、金融創(chuàng)新方面，帶來可觀的收益和變革。
有詳實(shí)的經(jīng)濟(jì)效益數(shù)據(jù)為支撐。三一集團(tuán)基于樹根互聯(lián)旗下的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)根云平臺(tái)，構(gòu)建數(shù)字孿生智能服務(wù)，讓工程師響應(yīng)時(shí)間從原來的300分鐘縮短到15分鐘，渠道備件庫存從10億降到7億；智能研發(fā)方面，以往一個(gè)研發(fā)批次數(shù)據(jù)分析時(shí)長長達(dá)一周，目前已縮短到3小時(shí)以內(nèi)，以往一個(gè)單位測試數(shù)據(jù)10G分析需要2~3個(gè)小時(shí)，目前可以在3~5秒內(nèi)完成，支撐三一每年下線工程機(jī)械新產(chǎn)品96款、研發(fā)新技術(shù)58項(xiàng)。在智能制造上，在不增加設(shè)備投資的情況下，三一集團(tuán)產(chǎn)值復(fù)合增長超過55%，特別是2019年上半年銷售額比去年同比增長60%。
先進(jìn)技術(shù)最終要回歸實(shí)際業(yè)務(wù)中實(shí)現(xiàn)價(jià)值。在實(shí)際應(yīng)用中，不同企業(yè)應(yīng)用數(shù)字孿生有不同的路徑。大型企業(yè)由于架構(gòu)分散，人員、物料和資產(chǎn)數(shù)量巨大，可依靠工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，通過數(shù)字孿生的建設(shè)，定義和實(shí)現(xiàn)集團(tuán)物理資產(chǎn)、人、資源和企業(yè)的數(shù)字化建模標(biāo)準(zhǔn)，從而大幅提升企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型速度、降低數(shù)字化成本和風(fēng)險(xiǎn)。而對(duì)于小型企業(yè)而言，針對(duì)運(yùn)營效率不高與資金不足等痛點(diǎn)，可借助公有云的lloT平臺(tái)，以較小成本快速實(shí)現(xiàn)企業(yè)能力的提升。
