作為時(shí)下最時(shí)髦的話語—“數(shù)字孿生”，大多數(shù)人對(duì)它的理解是三維可視、酷炫、逼真、動(dòng)態(tài)等感官感受。無可厚非，數(shù)字孿生最直接的、最引人入勝的或許就是無比貼近的、現(xiàn)實(shí)的三維模型所帶給人們的直面體驗(yàn)。
科幻電影《普羅米修斯》中，一個(gè)紅色的激光球飛行一圈就將整個(gè)山洞環(huán)境的3D場景投射到桌面上，進(jìn)入山洞的人可以借此判斷前行的方向。
《鋼鐵俠》里也有一個(gè)十分有意思的片段，托尼·史塔克在設(shè)計(jì)、改進(jìn)和修理戰(zhàn)衣的時(shí)候，并不是在圖紙或?qū)嵨锷线M(jìn)行操作，而是通過一個(gè)虛擬的影像映射來實(shí)現(xiàn)，整個(gè)過程中，一個(gè)可視智能化的數(shù)字設(shè)計(jì)場景清晰地呈現(xiàn)在他面前。
同樣，由成龍主演的《十二生肖》里面也有類似的鏡頭，通過“手套”掃描復(fù)刻十二生肖銅像。
類似以上這些影視片段所呈現(xiàn)的技術(shù)，或許就是未來科學(xué)的發(fā)展方向，也是三維數(shù)字“理想”的應(yīng)用方向。當(dāng)前，伴隨著人類的科技探索步伐不斷加快，在不斷實(shí)踐中，也出現(xiàn)了一個(gè)特定的概念，即“數(shù)字孿生”。
什么是數(shù)字孿生?
數(shù)字孿生是一種實(shí)現(xiàn)物理系統(tǒng)向信息空間數(shù)字化模型映射的關(guān)鍵技術(shù)(如下圖所示), 它通過利用布置在系統(tǒng)各部分的傳感器, 對(duì)物理實(shí)體進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與建模, 形成多學(xué)科、多物理量、多時(shí)間尺度、多概率的仿真過程, 將物理系統(tǒng)在不同真實(shí)場景中的全生命周期過程反映出來, 數(shù)字孿生可以通過集成多維物理實(shí)體的數(shù)據(jù), 輔以數(shù)據(jù)分析和仿真模擬， 近乎實(shí)時(shí)地呈現(xiàn)物理實(shí)體的實(shí)際情況, 并通過虛實(shí)交互接口對(duì)物理實(shí)體進(jìn)行控制。
簡單的說來，數(shù)字孿生主要由三部分組成:
● 物理空間的物理實(shí)體;
● 虛擬空間的虛擬實(shí)體;
● 虛實(shí)之間的連接數(shù)據(jù)和信息;
物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等全新一代信息技術(shù)飛速發(fā)展，對(duì)促進(jìn)制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化過程具有關(guān)鍵作用，尤其是信息技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)信息的強(qiáng)大計(jì)算和分析能力為制造業(yè)發(fā)展開拓?zé)ㄈ灰恍碌陌l(fā)展空間，IT和OT的結(jié)合愈來愈受到制造企業(yè)的關(guān)注。伴隨著全新一代信息技術(shù)與制造業(yè)緊密結(jié)合發(fā)展，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)變?yōu)橹圃鞓I(yè)從“顯”到“隱”的切入點(diǎn)，互聯(lián)網(wǎng)從“虛”向“實(shí)”的載體。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)飛速發(fā)展離不了技術(shù)支持，包括機(jī)器學(xué)習(xí)、邊緣計(jì)算、5G、物聯(lián)網(wǎng)、標(biāo)識(shí)解析、數(shù)據(jù)治理、工控安全等都是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)(如下圖)。
伴隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)用推動(dòng)，數(shù)字孿生被賦予了新的活力，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)拓寬了數(shù)字孿生的價(jià)值鏈條和生命周期，展示出數(shù)字孿生基于模型、數(shù)據(jù)信息、服務(wù)方面的的優(yōu)勢和能力，打通了數(shù)字孿生運(yùn)用和迭代優(yōu)化的實(shí)際路徑，正變?yōu)閿?shù)字孿生的孵化床。
數(shù)字孿生基于物理實(shí)體的基本狀態(tài)，以動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)的方式將構(gòu)建的模型、采集的數(shù)據(jù)信息作出高度寫實(shí)的分析，用于物理實(shí)體的監(jiān)測、預(yù)測分析和優(yōu)化。另外，數(shù)字孿生做為邊緣側(cè)技術(shù)，能夠有效的連接設(shè)備層和網(wǎng)絡(luò)層，變?yōu)楣I(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的知識(shí)萃取工具，不斷地將工業(yè)系統(tǒng)中的碎片化知識(shí)傳送到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)中，不同成熟度的數(shù)字孿生體，將不同顆粒度的工業(yè)知識(shí)重新組裝，通過工業(yè)APP進(jìn)行調(diào)用。因此，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)是數(shù)字孿生的孵化床，數(shù)字孿生是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的關(guān)鍵場景。
01
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)重塑數(shù)字孿生閉環(huán)
數(shù)字孿生，以數(shù)字化方式為物理對(duì)象構(gòu)建高寫實(shí)虛擬模型，并模擬、分析、預(yù)測其行為，為完成信息技術(shù)與制造業(yè)結(jié)合鋪平了道路。借助數(shù)字孿生，能夠集成復(fù)雜的制造工藝，完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)，制造和智能服務(wù)等閉環(huán)優(yōu)化，數(shù)字孿生將變?yōu)槲磥頂?shù)字化企業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。
在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)定義出現(xiàn)之前，數(shù)字孿生的定義還僅僅只是停留在軟件環(huán)境中，例如幾何建模的CAD系統(tǒng)、產(chǎn)品生命周期管理的PLM等。但伴隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)的連通效應(yīng)促使各個(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出現(xiàn)關(guān)聯(lián)、互相補(bǔ)充。
例如下圖，寄云科技就利用其工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)——NeuSeer，與安世亞太共同研究數(shù)字孿生在仿真和生產(chǎn)過程的應(yīng)用，在實(shí)際過程中由于樣本庫以及數(shù)據(jù)質(zhì)量的原因，分析結(jié)果往往會(huì)存在偏差或誤報(bào)警，如何在短時(shí)間形成有效的實(shí)時(shí)監(jiān)控，減少數(shù)據(jù)誤差和提升人工規(guī)則設(shè)定不準(zhǔn)的能力?；诖耍脑瓶萍糔euSeer工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)在后期會(huì)結(jié)合安世亞太的仿真能力，在實(shí)際運(yùn)行過程中實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和仿真模型的互動(dòng)分析，提高實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)判斷精度和規(guī)則配置的有效性，完成數(shù)字孿生不同應(yīng)用場景數(shù)據(jù)信息的打通。通過破除設(shè)備、設(shè)計(jì)、制造、維護(hù)等產(chǎn)品生命周期隔離，打通構(gòu)成數(shù)字孿生的閉環(huán)。
02
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)激活數(shù)字孿生生命
伴隨著制造業(yè)不斷地發(fā)展，數(shù)字孿生盡管暫未成為主流，卻成為每一個(gè)數(shù)字化企業(yè)都需要關(guān)注的技術(shù)。數(shù)字孿生的核心是模型和數(shù)據(jù)信息，但虛擬模型搭建和數(shù)據(jù)分析需要專業(yè)化的知識(shí)，對(duì)于不具備有關(guān)知識(shí)的人員，搭建和應(yīng)用數(shù)字孿生任重而道遠(yuǎn)，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)剛好能夠解決以上所述問題，通過平臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析外包、模型共享等業(yè)務(wù)。
具體而言，物理實(shí)體的各類數(shù)據(jù)采集、交換，都需要借助于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)，通過平臺(tái)具備的資源聚合、動(dòng)態(tài)配置、供需對(duì)接等優(yōu)勢，整合并通過各類資源，賦能數(shù)字孿生。比如說，通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)向下將邊緣側(cè)基礎(chǔ)設(shè)施同數(shù)字孿生體關(guān)聯(lián)，向上將數(shù)據(jù)信息傳輸、儲(chǔ)存在云端，其他用戶也可以依據(jù)自身需要通過平臺(tái)的服務(wù)來建立數(shù)字孿生體，可以說工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)激活了數(shù)字孿生的生命。
03
數(shù)字孿生助力IT與OT結(jié)合
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型過程中重要的一環(huán)，加快了IT和OT各要素的結(jié)合，數(shù)據(jù)信息是結(jié)合過程中最重要的粘合劑，要讓IT部門和OT部門結(jié)合的更好，首先要處理好數(shù)據(jù)信息這一項(xiàng)隱型的資產(chǎn)。除此之外，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)正在嘗試打破企業(yè)的界限，嘗試填滿IT與OT之間的各類縫隙，打造軟件定義、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)、模式創(chuàng)新的新生態(tài)，而數(shù)字孿生剛好為融合發(fā)展提供了數(shù)據(jù)信息和技術(shù)的接口。
在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中，數(shù)字孿生能夠展示、預(yù)測，分析數(shù)字模型和物理世界之間的互動(dòng)過程?；跀?shù)字孿生的設(shè)計(jì)是基于原有物理產(chǎn)品的虛擬映射，研究海量數(shù)據(jù)信息以獲取有價(jià)值的知識(shí)進(jìn)行產(chǎn)品創(chuàng)新。
在設(shè)計(jì)產(chǎn)品的功能結(jié)構(gòu)特征和組件后，需要測驗(yàn)設(shè)計(jì)質(zhì)量和可行性的過程中，借助于數(shù)字孿生，設(shè)計(jì)人員能夠通過檢驗(yàn)虛擬產(chǎn)品迅速地模擬運(yùn)行情況，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)能夠通過服務(wù)搜索、匹配、調(diào)度和調(diào)用來應(yīng)用。通過服務(wù)，數(shù)字孿生有效地應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，降低預(yù)期行為和設(shè)計(jì)行為的不一致產(chǎn)生的改動(dòng)，大大縮短設(shè)計(jì)周期，降低設(shè)計(jì)成本。
在產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，通過訂單到交付的流程，在生產(chǎn)環(huán)節(jié)構(gòu)建每一個(gè)設(shè)備、產(chǎn)線、工序、產(chǎn)品、環(huán)境、能耗的數(shù)字孿生體，通過物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)進(jìn)行實(shí)時(shí)的信息采集，結(jié)合大數(shù)據(jù)的分析模型提供進(jìn)一步的指標(biāo)分析，在生產(chǎn)過程中進(jìn)行動(dòng)態(tài)排產(chǎn)、能耗優(yōu)化、質(zhì)量溯源、根因分析、產(chǎn)能預(yù)測、設(shè)備健康管理等一系列的應(yīng)用管控，幫助企業(yè)最大程度的了解生產(chǎn)動(dòng)態(tài)、平衡生產(chǎn)成本以及提升生產(chǎn)能力。
除此之外，售后增值服務(wù)成為企業(yè)市場競爭及能力提升的一大關(guān)注點(diǎn)(如下圖所示)，通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建的數(shù)字孿生模型，能夠幫助企業(yè)和業(yè)主進(jìn)行遠(yuǎn)程管控，遠(yuǎn)程巡檢以及邊緣控制，提升無人值守能力，減少安全事故，優(yōu)化產(chǎn)品功能設(shè)計(jì)缺陷等等。
可以看到在工業(yè)4.0的時(shí)代，不僅從感官、更是從實(shí)際狀態(tài)、再到數(shù)據(jù)產(chǎn)生的量化指標(biāo)，數(shù)字孿生已經(jīng)可以從研發(fā)、生產(chǎn)、售后形成閉環(huán)，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)作為支撐平臺(tái)將在數(shù)字孿生的世界里發(fā)揮巨大價(jià)值。
文章來源于圣彭聊事 ，作者圣彭
（轉(zhuǎn)載）
