本文改寫自Power & Motion，作者 Zohair Mehkri（偉創(chuàng)力數(shù)字孿生技術(shù)總監(jiān)）

數(shù)字孿生能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題、實(shí)現(xiàn)更多結(jié)果可視化，以及更好地優(yōu)化產(chǎn)品制造，從而顯著提升效率。

制造業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型水平仍不高已成行業(yè)共識(shí)。超過90%的制造商表示，他們?cè)跀?shù)字化創(chuàng)新上面臨著各種障礙。企業(yè)希望利用工業(yè)4.0技術(shù)推進(jìn)其運(yùn)營已然成為趨勢(shì)，而數(shù)字孿生能夠幫助它們擴(kuò)大全球工廠的運(yùn)營規(guī)模、及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題、實(shí)現(xiàn)更多結(jié)果可視化，并優(yōu)化產(chǎn)品制造。

通過繪制工廠、生產(chǎn)線和硬件的完整虛擬化訪問足跡，數(shù)字孿生可以為企業(yè)顯著增效。為了獲得這些成效，領(lǐng)導(dǎo)者必須理解數(shù)字孿生的基本原理，了解仿真技術(shù)如何為數(shù)字孿生提供技術(shù)支持，以及大規(guī)模實(shí)施該技術(shù)的障礙。

數(shù)字孿生的基本原理

首先，理解數(shù)字孿生的含義至關(guān)重要。數(shù)字孿生，顧名思義，是真實(shí)世界資產(chǎn)的精確復(fù)制品（或稱“孿生體”），它為物理世界和虛擬對(duì)應(yīng)物之間架起了實(shí)時(shí)連接的橋梁。

數(shù)字孿生在過去十年中發(fā)展迅速，但實(shí)際上，對(duì)物理世界進(jìn)行建模的概念已經(jīng)存在了幾十年。電子技術(shù)的出現(xiàn)推動(dòng)仿真概念誕生，隨著時(shí)間的推移，這一概念已經(jīng)發(fā)展為一個(gè)強(qiáng)大的運(yùn)營決策工具。

但是，仿真和數(shù)字孿生并不能一概而論，而了解這兩者之間的區(qū)別至關(guān)重要。

數(shù)字孿生是真實(shí)世界資產(chǎn)的精確復(fù)制品，它為物理世界和虛擬對(duì)應(yīng)物之間架起了實(shí)時(shí)連接的橋梁。

仿真與數(shù)字孿生

世界上的每個(gè)環(huán)境都由空間、時(shí)間和物質(zhì)三種要素組成。物質(zhì)可以是該環(huán)境中的任何物理“元素”。例如，在工廠中，物質(zhì)可能是箱子、機(jī)器、材料、人等等。仿真則是指通過進(jìn)入這些物理空間，在數(shù)字空間中對(duì)其環(huán)境中的元素以完全相同的方式進(jìn)行建模。這個(gè)模型是物理環(huán)境中正在發(fā)生的事情的基本反映。

盡管仿真與數(shù)字孿生都使用基于虛擬模型的仿真技術(shù)來復(fù)制系統(tǒng)的各種流程，但數(shù)字孿生是一個(gè)可擴(kuò)展的虛擬環(huán)境，由在物理世界和數(shù)字世界之間建立實(shí)時(shí)連接的各種技術(shù)組合而成。

數(shù)字孿生是仿真模型更進(jìn)一步的體現(xiàn)——數(shù)字孿生可以復(fù)制多個(gè)組件交互的、更復(fù)雜的資產(chǎn)或流程。數(shù)字孿生覆蓋了仿真技術(shù)忽略的其他因素，如 IT系統(tǒng)、財(cái)務(wù)程序、環(huán)境的濕度和溫度等變量，以及管道、墻壁等人和物理特征等。

數(shù)字孿生使用連接到真實(shí)世界資產(chǎn)的傳感器來收集、交流、分析和使用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，從而推動(dòng)智能行動(dòng)。這種從物理世界到數(shù)字世界，再回到物理世界的持續(xù)同步循環(huán)，正在為更加精準(zhǔn)的建模釋放巨大潛力。隨著數(shù)字孿生的迅速崛起和加速應(yīng)用，這一領(lǐng)域的創(chuàng)新剛剛蓬勃起步，科技行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者們正努力創(chuàng)造一個(gè)更加互聯(lián)的未來，激發(fā)數(shù)字孿生背后蘊(yùn)藏的無盡潛力。

企業(yè)專注數(shù)字化的緣由

工廠是由高度復(fù)雜的機(jī)械部件構(gòu)成，這些部件之間，以及它們與整個(gè)公司的系統(tǒng)之間不斷產(chǎn)生相互作用。這種復(fù)雜性使得人們很難理解如何推動(dòng)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的改進(jìn)，以及這些改變對(duì)上下游帶來的影響。傳統(tǒng)上，在工廠進(jìn)行任何改變都是一項(xiàng)繁瑣的、耗時(shí)的且成本高昂的工作。這需要我們實(shí)際地去移動(dòng)設(shè)備、人和生產(chǎn)線以完成測(cè)試，并觀察這些調(diào)整是否能有效提高產(chǎn)量和改善運(yùn)營。

通過使用數(shù)字孿生技術(shù)，企業(yè)可以在允許改變和優(yōu)化虛擬環(huán)境中測(cè)試更新的設(shè)備或產(chǎn)品配置，而無需任何物理世界的工廠參與。這樣可以使?jié)撛趩栴}在經(jīng)歷漫長的試錯(cuò)過程之前暴露得更加突出，從而降低成本高昂的誤判和時(shí)間損失的風(fēng)險(xiǎn)。

在沒有仿真的情況下，這一測(cè)試過程可能需要幾個(gè)月才能完成。比如，由于關(guān)乎患者健康，醫(yī)療設(shè)備的制造需要精確的規(guī)劃和預(yù)測(cè)，可能需要數(shù)年時(shí)間。在某個(gè)案例中，制造技術(shù)公司偉創(chuàng)力僅用了三周的時(shí)間就創(chuàng)建了一個(gè)工廠車間的數(shù)字孿生，并成功地加速和優(yōu)化了 II類糖尿病產(chǎn)品的開發(fā)。

數(shù)字孿生應(yīng)用落地的經(jīng)驗(yàn)

從理論上講，數(shù)字孿生前景無限，甚至可以從根本上顛覆行業(yè)。但是，一個(gè)成功的數(shù)字孿生項(xiàng)目需要的不僅僅是提供技術(shù)能力，它還需要與業(yè)務(wù)目標(biāo)保持一致，并對(duì)營收和凈利潤產(chǎn)生可衡量的影響。

因此，數(shù)字孿生的部署必須契合現(xiàn)有工作流和企業(yè)運(yùn)營。數(shù)字孿生并不是單獨(dú)存在的，它與現(xiàn)有流程、數(shù)據(jù)和技術(shù)相聯(lián)系，是整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的一部分。

此外，優(yōu)質(zhì)數(shù)據(jù)是可靠的數(shù)字孿生解決方案的基礎(chǔ)。將海量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為實(shí)用、實(shí)時(shí)的數(shù)字孿生仿真，意味著要進(jìn)行一些嚴(yán)格的流程精簡，這正是機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能深耕多年的領(lǐng)域。

雖然數(shù)字孿生有助于推動(dòng)創(chuàng)新、加速產(chǎn)品開發(fā)，但企業(yè)必須能夠管理數(shù)據(jù)流中的空白，并愿意采取必要的行動(dòng)來在現(xiàn)有資產(chǎn)和流程的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)真正的價(jià)值。

未來，更加互聯(lián)

數(shù)字孿生旨在確定哪些輸入變量會(huì)對(duì)特定產(chǎn)出產(chǎn)生最大的影響，使制造商能夠預(yù)測(cè)未來結(jié)果，并在問題發(fā)生之前識(shí)別它們。描述制造業(yè)務(wù)中的物理資產(chǎn)和流程的關(guān)鍵變量，是數(shù)以百計(jì)甚至數(shù)以千計(jì)的。

擁有準(zhǔn)確的生產(chǎn)數(shù)據(jù)和相關(guān)信息，數(shù)字孿生就有可能消除生產(chǎn)線測(cè)試的物理限制，打破設(shè)施和部門之間的壁壘，從而優(yōu)化決策，解決制造業(yè)面臨的最大挑戰(zhàn)。