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在工業(yè)4.0時(shí)代下，隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的推廣應(yīng)用，不僅奠定了數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用落地的基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字孿生的迭代優(yōu)化，還擴(kuò)展了數(shù)字孿生的技術(shù)應(yīng)用價(jià)值，促使數(shù)字孿生正在快速進(jìn)入制造業(yè)及其他行業(yè)領(lǐng)域。一個(gè)明顯的標(biāo)志就是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)中對(duì)數(shù)字孿生用例的支持越來(lái)越多。
根據(jù)IDC數(shù)據(jù)，預(yù)計(jì)到2025年，全球數(shù)字孿生市場(chǎng)規(guī)模將增至264.6億美元，2020-2025年CAGR高達(dá)38.35%。
用例支持越來(lái)越多，市場(chǎng)規(guī)模逐步擴(kuò)大……所以，什么是數(shù)字孿生？它到底有何重要性？它與物聯(lián)網(wǎng)之間又有著怎樣的關(guān)系？
什么是數(shù)字孿生？
數(shù)字孿生，最早是由密歇根大學(xué)的Michael Grieves博士定義的，它的最初定義是在產(chǎn)品生命周期管理(PLM)當(dāng)中。在Michael Grieves博士的論文當(dāng)中寫道，“數(shù)字孿生”的概念是對(duì)所生產(chǎn)的產(chǎn)品的虛擬展現(xiàn)。隨后，到了2016年底，Gartner將數(shù)字孿生列入2017年十大技術(shù)趨勢(shì)名單。
當(dāng)下，在數(shù)字化的時(shí)代里，書(shū)籍變成了電子書(shū)，紙質(zhì)信息變成了電子格式和數(shù)字流程，音樂(lè)變成了比特和字節(jié)……而對(duì)于這些，我們所擁有的只是數(shù)字信息，沒(méi)有副本。但數(shù)字孿生是不同的，數(shù)字孿生是實(shí)物資產(chǎn)的數(shù)字(軟件)副本。
因此，顧名思義，數(shù)字孿生是擁有兩個(gè)版本的“事物”：物理版本和數(shù)字孿生版本，這里指的是從物聯(lián)網(wǎng)中了解的實(shí)物資產(chǎn)，主要是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)4.0的網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)，包括智能工廠。
舉個(gè)例子，假如你有一個(gè)帶有傳感器的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)以及大量復(fù)雜的零件和技術(shù)，需要你在云中制作一個(gè)完全虛擬的副本，而這個(gè)虛擬副本如果真的是一個(gè)數(shù)字孿生，因此它就像真實(shí)的東西一樣，可以幫助我們檢測(cè)問(wèn)題、測(cè)試新設(shè)置、模擬各種場(chǎng)景、分析任何需要分析的數(shù)據(jù)等。
數(shù)字孿生是物理世界的模型，是由數(shù)據(jù)創(chuàng)建的，而計(jì)算機(jī)視覺(jué)和人工智能將數(shù)據(jù)處理成現(xiàn)實(shí)的表現(xiàn)形式，甚至與CAD模型等聚集在一起，促使數(shù)字孿生同步了自然世界和數(shù)字環(huán)境之間的數(shù)據(jù)，允許用戶在虛擬環(huán)境中采取行動(dòng)和做出決定，而這些行動(dòng)和決定可以在現(xiàn)實(shí)世界中迅速表現(xiàn)出來(lái)。
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，數(shù)字孿生是以逼真的模擬效果來(lái)呈現(xiàn)真實(shí)場(chǎng)景的狀態(tài)，是物理世界和虛擬世界的相互碰撞。正如Gartner所說(shuō)的：“數(shù)字孿生是物理事物或系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)軟件模型。”
數(shù)字孿生的作用
以自行車為例，數(shù)字孿生變得讓人看得見(jiàn)。在2015年的LiveWorx上，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)導(dǎo)者之一PTC的活動(dòng)，該公司的執(zhí)行副總裁 CAD Michael M. Campbell用簡(jiǎn)單的語(yǔ)言解釋了整個(gè)想法，使用PTC用一輛自行車構(gòu)建的設(shè)置。
簡(jiǎn)而言之：在數(shù)字孿生的例子中，自行車展示了幾種正在工作的技術(shù)。首先，自行車配備了必要的技術(shù)和連接，使其成為我們現(xiàn)在所說(shuō)的“智能”。由此產(chǎn)生的信息被利用在一個(gè)儀表盤上，當(dāng)然在這個(gè)例子中是PTC的ThingWorx，然后進(jìn)入數(shù)字孿生。最后一步是在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)環(huán)境中利用信息。
這樣做的好處包括：可以了解產(chǎn)品在現(xiàn)實(shí)世界中的使用方式及其性能，從而實(shí)現(xiàn)諸如產(chǎn)品優(yōu)化、對(duì)新產(chǎn)品或版本的潛在洞察、改進(jìn)的(如果可行的話)預(yù)測(cè)服務(wù)能力等目標(biāo)。
換句話說(shuō)：在數(shù)字世界和物理世界的交叉中，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為智能。
另一方面，Parris又將數(shù)字孿生稱為“推動(dòng)商業(yè)成果的活體模型”。這比物理資產(chǎn)的數(shù)字虛擬副本要好得多，其更接近于本質(zhì)，當(dāng)我們?cè)谑褂脭?shù)字孿生時(shí)想要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，需要一個(gè)理由、一個(gè)商業(yè)案例和一個(gè)維護(hù)、優(yōu)化、成本節(jié)約的目的或者其他的等等。
雖然看起來(lái)有點(diǎn)未來(lái)主義，但這是一個(gè)與自行車示例完全不同的演示。它展示了人-其他設(shè)備-能夠基于數(shù)據(jù)混合采取行動(dòng)，從邊緣數(shù)據(jù)(實(shí)際上是物聯(lián)網(wǎng)和邊緣計(jì)算)和運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)到歷史數(shù)據(jù)。Parris稱之為“看、想、做”。
總而言之，數(shù)字孿生改變了制造流程，并提供降低成本、監(jiān)控資產(chǎn)、優(yōu)化維護(hù)、減少停機(jī)時(shí)間和創(chuàng)建互聯(lián)產(chǎn)品的新方法。
物聯(lián)網(wǎng)為數(shù)字孿生提供支持
時(shí)至今日，物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展越來(lái)越迅猛，并在全球范圍內(nèi)掀起了一波新的技術(shù)浪潮，而數(shù)字孿生(技術(shù))也開(kāi)始引起了人們的關(guān)注。
從上述例子，我們可以發(fā)現(xiàn)引擎或任何其他物理資產(chǎn)幫助我們制作了數(shù)字孿生，因?yàn)樗峁┝耸箶?shù)字孿生成為真正的孿生所需的數(shù)據(jù)。而數(shù)字孿生使用來(lái)自物聯(lián)網(wǎng)連接傳感器的數(shù)據(jù)，然后來(lái)記錄對(duì)象或過(guò)程在其生命周期中發(fā)生的事情，允許虛擬地測(cè)量特定功能，實(shí)時(shí)深入分析數(shù)據(jù)、工作流程和人類行為，提供對(duì)實(shí)物資產(chǎn)健康狀況及其性能的洞察，從而極大地幫助決策過(guò)程。
對(duì)此，我們不難發(fā)現(xiàn)使數(shù)字孿生成為可能的因素之一就是物聯(lián)網(wǎng)傳感器的擴(kuò)展，而物聯(lián)網(wǎng)成為了數(shù)字孿生技術(shù)不可分割的基石，它驅(qū)動(dòng)著數(shù)字孿生的發(fā)展。
當(dāng)前，在現(xiàn)實(shí)生活中，數(shù)字孿生主要用于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)或工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，包括工程和制造。所以，當(dāng)我們?cè)谟懻摂?shù)字孿生的投資或者解決方案時(shí)，通常會(huì)遇到在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的企業(yè)，如通用電氣、PTC、西門子、CSC、SAP……目前看來(lái)，數(shù)字孿生使用加速的原因，主要是由于物聯(lián)網(wǎng)以及推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)和數(shù)字孿生的技術(shù)成本的降低。
的確，技術(shù)成本的下降加速了物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，從而加速了數(shù)字孿生技術(shù)的發(fā)展。未來(lái)幾年，在更智能的產(chǎn)品環(huán)境中，同樣不斷降低的成本和商業(yè)案例肯定會(huì)擴(kuò)展到越來(lái)越多的產(chǎn)品。
數(shù)字孿生的未來(lái)
曾有分析師指出，在2018年和2019年里，數(shù)字孿生技術(shù)是一個(gè)熱門話題；而2020-2021年是數(shù)字孿生在關(guān)鍵業(yè)務(wù)應(yīng)用中被利用的主要年份。
Gartner認(rèn)為，直到2020年數(shù)字孿生才能在物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目環(huán)境中的主要地位。該公司預(yù)計(jì)，到2021年，一半的大型工業(yè)公司將使用數(shù)字孿生。
尤其是在工業(yè)領(lǐng)域上，伴隨著工業(yè)數(shù)字化、智能化應(yīng)用的進(jìn)一步落地與推進(jìn)，工業(yè)制造將會(huì)成為數(shù)字孿生的主要戰(zhàn)場(chǎng)，數(shù)字孿生工具可能會(huì)融合更簡(jiǎn)單、不那么復(fù)雜的技術(shù)，在工業(yè)領(lǐng)域上發(fā)揮無(wú)限的潛力，給企業(yè)提供更多的優(yōu)勢(shì)——顯而易見(jiàn)的效率提升和成本下降等等，推動(dòng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)脫“虛”向“實(shí)”。
因此，未來(lái)我們將會(huì)看到孿生體擴(kuò)展到更多的應(yīng)用、用例和行業(yè)上面，并與更多的技術(shù)相結(jié)合，如語(yǔ)音功能、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的沉浸式體驗(yàn)、人工智能功能等更多的技術(shù)，促使我們能夠查看數(shù)字孿生的內(nèi)部，而無(wú)需去檢查“真實(shí)”的東西等等。
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