如今，對(duì)于“數(shù)字孿生”的說(shuō)法有許多，是針對(duì)物理世界的實(shí)體，通過(guò)數(shù)字化手段構(gòu)建一個(gè)數(shù)字世界中的“完整分身”、是物理空間和數(shù)字虛擬空間數(shù)字映射系統(tǒng)、是創(chuàng)造數(shù)字版的現(xiàn)實(shí)裝備“克隆體”、數(shù)字孿生“雙胞胎”的稱呼等等。
用簡(jiǎn)單一個(gè)詞來(lái)描述，就是復(fù)制，但又不僅僅是復(fù)制，它可以通過(guò)設(shè)計(jì)工具、仿真工具、物聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實(shí)等各種數(shù)字化的手段，將物理設(shè)備的各種屬性映射到虛擬空間中，形成可拆解、可復(fù)制、可轉(zhuǎn)移、可修改、可刪除、可重復(fù)操作的數(shù)字鏡像。
誕生后被“冷落”近10年
數(shù)字孿生概念誕生于在2002年，當(dāng)時(shí)因使用成本昂貴、儲(chǔ)存能力、通信能力、CPU計(jì)算能力等限制，導(dǎo)致無(wú)法滿足其落地應(yīng)用需求，并未受到太多關(guān)注。
到2011年，美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）和美國(guó)空軍實(shí)驗(yàn)室把數(shù)字孿生運(yùn)用到飛行器的健康運(yùn)維里，數(shù)字孿生才真正開(kāi)始應(yīng)用到航空航天、軍品研發(fā)中。
2015年，數(shù)字孿生技術(shù)被人們從軍品引入民品和日常生活中。
2020年疫情期間，數(shù)字孿生技術(shù)被加速應(yīng)用到各行各業(yè)。
技術(shù)突破獲“新生”
數(shù)字孿生概念從誕生到成為各行業(yè)的火熱技術(shù)，期間經(jīng)歷近10年被“冷落”待遇后，才受到各行業(yè)的關(guān)注及應(yīng)用，這與行業(yè)的發(fā)展密不可分。
人類共經(jīng)歷四次工業(yè)革命，從最早以蒸汽技術(shù)為代表的工業(yè)1.0，到如今以智能和互聯(lián)網(wǎng)為代表的工業(yè)4.0，伴隨互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)不斷取得重大突破，全球制造業(yè)都在探索突破瓶頸的新方法。
作為立國(guó)之本的制造業(yè)，其中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量級(jí)非常驚人，一類是管理數(shù)據(jù)，以結(jié)構(gòu)化的SQL數(shù)據(jù)為主，如產(chǎn)品屬性、工藝、生產(chǎn)、采購(gòu)、訂單、服務(wù)等數(shù)據(jù)，這類數(shù)據(jù)一般來(lái)自企業(yè)的ERP、SCM、PLM甚至MES等系統(tǒng)，數(shù)據(jù)量本身不大，卻具有很大的挖掘價(jià)值；另一類則是工業(yè)設(shè)備運(yùn)行和IoT的數(shù)據(jù)，以非結(jié)構(gòu)化、流式數(shù)據(jù)居多，如設(shè)備工況（壓力、溫度、振動(dòng)、應(yīng)力等）、音視頻、日志文本等數(shù)據(jù)，這類數(shù)據(jù)一般采集自設(shè)備PLC、SCADA以及部分外裝傳感器，數(shù)據(jù)量很大，采集頻率高，需要結(jié)合邊緣計(jì)算在本地做一些預(yù)處理。
如何有效利用數(shù)據(jù)助力智能制造成為企業(yè)新的發(fā)展方向，亦是當(dāng)下大家都在思考的問(wèn)題。正因如此，數(shù)字孿生的概念被重新拾起，成為研究熱點(diǎn)，甚至成為企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的一大助力。
另一大原因則是受益于各技術(shù)的突破。曾經(jīng)因成本昂貴，且IT技術(shù)如儲(chǔ)存能力、通信能力、CPU計(jì)算能力等，無(wú)法滿足其落地應(yīng)用需求，而被冷落。如今，隨著云計(jì)算、數(shù)字化升級(jí)，AI的到來(lái)，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)與機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的融合賦予數(shù)字孿生“新生命”。
產(chǎn)品特性促發(fā)展
而數(shù)字孿生基于對(duì)象、產(chǎn)品、設(shè)備、人員、過(guò)程、供應(yīng)鏈乃至整個(gè)業(yè)務(wù)生態(tài)系統(tǒng)的精確虛擬副本，將高度互聯(lián)物理實(shí)體、設(shè)備和機(jī)器，從而產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)，進(jìn)行有意義的分析、解讀、連接和補(bǔ)充的技術(shù)特點(diǎn)，決定了其本身的價(jià)值和服務(wù)能力。
如今，已有越來(lái)越多的云服務(wù)商和企業(yè)數(shù)字化服務(wù)商，開(kāi)始基于數(shù)據(jù)采集，提供數(shù)據(jù)層面的系統(tǒng)孿生服務(wù)，讓數(shù)字孿生技術(shù)面世，并在各行各業(yè)落地應(yīng)用。
引工業(yè)制造領(lǐng)域巨頭相繼入局
數(shù)字孿生最早應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，例如在美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）和美國(guó)空軍實(shí)驗(yàn)室飛行器的健康運(yùn)維中。后美國(guó)通用、西門(mén)子、達(dá)索、PTC、ESI、ANSYS等知名工業(yè)制造、軟件企業(yè)開(kāi)始關(guān)注數(shù)字孿生技術(shù)，并陸續(xù)發(fā)展技術(shù)構(gòu)建、以及深入研究和拓展。時(shí)至今日，工業(yè)制造領(lǐng)域亦是數(shù)字孿生的主要戰(zhàn)場(chǎng)。
隨著制造向智造的轉(zhuǎn)型，制造業(yè)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)布局與應(yīng)用越來(lái)越多，數(shù)字孿生技術(shù)也逐漸成為制造業(yè)中的“流行”。
據(jù)大東時(shí)代智庫(kù)（TD）預(yù)計(jì)，到2023年，數(shù)字孿生的全球市場(chǎng)將以38%的復(fù)合年增長(zhǎng)率增長(zhǎng)，達(dá)到160億美元。
其價(jià)值體現(xiàn)在哪？
從近10年“冷落”到煥發(fā)“新生”，再引發(fā)工業(yè)制造領(lǐng)域各巨頭相繼入局，并逐漸成為行業(yè)“流行”，其原因究竟在哪？?jī)r(jià)值又體現(xiàn)在哪？
數(shù)字孿生在制造領(lǐng)域內(nèi)的關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用主要體現(xiàn)在，建模方面的CAD技術(shù)、仿真方面的CAE技術(shù)、工藝仿真技術(shù)、工廠仿真技術(shù)、工業(yè)控制技術(shù)、輔助制造CAM技術(shù)、制造執(zhí)行MES技術(shù)、產(chǎn)品全生命期管理PLM技術(shù)和企業(yè)資源管理的ERP技術(shù)。
并由基礎(chǔ)支撐層、數(shù)據(jù)互動(dòng)層、模型構(gòu)建與仿真分析層、共性應(yīng)用層和行業(yè)應(yīng)用層組成，在每個(gè)層面中各有作為。
產(chǎn)品設(shè)計(jì)：數(shù)字孿生在設(shè)計(jì)階段可以是虛擬原型，可以進(jìn)行調(diào)整以測(cè)試不同的仿真或設(shè)計(jì)，然后再投資購(gòu)買實(shí)體原型。并且，設(shè)計(jì)人員可以通過(guò)驗(yàn)證虛擬產(chǎn)品快速地模擬運(yùn)行狀況，完成虛擬設(shè)計(jì)和虛擬運(yùn)行。服務(wù)封裝后，模型服務(wù)可以通過(guò)服務(wù)搜索，匹配，調(diào)度和調(diào)用來(lái)使用。
價(jià)值點(diǎn)：減少預(yù)期行為和設(shè)計(jì)行為的不一致產(chǎn)生的修改，大大縮短設(shè)計(jì)周期，降低設(shè)計(jì)成本。
工藝優(yōu)化：生產(chǎn)線上的傳感器可用于創(chuàng)建工藝過(guò)程的數(shù)字孿生并分析重要的性能指標(biāo)。
價(jià)值點(diǎn)：對(duì)數(shù)字孿生體的調(diào)整可以被確定是優(yōu)化產(chǎn)量、減少差異并幫助進(jìn)行根本原因分析的一種新方法。
質(zhì)量管理：在生產(chǎn)過(guò)程中監(jiān)控和響應(yīng)來(lái)自IoT傳感器的數(shù)據(jù)對(duì)于保持最高質(zhì)量和避免返工至關(guān)重要。
價(jià)值點(diǎn)：數(shù)字孿生模型可以對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的每個(gè)部分進(jìn)行建模，以識(shí)別發(fā)生誤差的位置，或者可以使用更好的材料或流程。
供應(yīng)鏈管理：供應(yīng)鏈和物流/分銷公司依靠數(shù)字孿生來(lái)跟蹤和分析關(guān)鍵性能指標(biāo)，例如包裝性能、車隊(duì)管理和路線效率。
價(jià)值點(diǎn)：它們對(duì)于零庫(kù)存生產(chǎn)或按序生產(chǎn)以及分析分銷路線特別有用。
制造設(shè)備管理：支持車間內(nèi)設(shè)備告警分析、提示與處置。通過(guò)對(duì)接綁定產(chǎn)線上各類自動(dòng)化智能設(shè)備的資產(chǎn)信息和實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備生產(chǎn)狀態(tài)監(jiān)控與智能分析。
價(jià)值點(diǎn)：生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處置和存儲(chǔ)，生產(chǎn)事件的關(guān)聯(lián)性分析，支持針對(duì)指定事件進(jìn)行回溯和關(guān)聯(lián)性指標(biāo)聯(lián)動(dòng)分析。
降低維護(hù)成本：通過(guò)采集不同風(fēng)險(xiǎn)因素、操作場(chǎng)景和框架配置的數(shù)據(jù)，重建模型來(lái)預(yù)測(cè)維護(hù)故障。
價(jià)值點(diǎn)：規(guī)避設(shè)備故障導(dǎo)致停工停產(chǎn)問(wèn)題，降低成本，提高設(shè)備可靠性，減少停機(jī)時(shí)間，并延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。
寫(xiě)在最后
數(shù)字孿生通過(guò)與工業(yè)制造企業(yè)相結(jié)合后，所帶來(lái)的一系列效果非常不錯(cuò)。設(shè)計(jì)方面，通過(guò)以數(shù)字方式為物理對(duì)象創(chuàng)建高寫(xiě)實(shí)虛擬模型，并模擬、分析、預(yù)測(cè)其行為，為實(shí)現(xiàn)信息技術(shù)與制造業(yè)融合，助力企業(yè)向數(shù)字化轉(zhuǎn)型道路高速邁進(jìn)。
在生產(chǎn)方面，數(shù)字孿生通過(guò)利用數(shù)字孿生創(chuàng)新的員工將有能力擴(kuò)大他們與在線設(shè)備的參與度，并以更高的持續(xù)性和準(zhǔn)確性完成工作、各種業(yè)務(wù)流程改進(jìn)，從在部署之前驗(yàn)證產(chǎn)品或系統(tǒng)設(shè)計(jì)的預(yù)期行為，到提高工廠的生產(chǎn)效率或優(yōu)化產(chǎn)品的性能或維護(hù)場(chǎng)，還可以集成復(fù)雜的制造工藝，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，制造和智能服務(wù)等閉環(huán)優(yōu)化。
由此可見(jiàn)，數(shù)字孿生將成為未來(lái)數(shù)字化企業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。
