作為時下最時髦的話語—“數(shù)字孿生”，大多數(shù)人對它的理解是三維可視、酷炫、逼真、動態(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)實的三維模型所帶給人們的直面體驗。
科幻電影《普羅米修斯》中，一個紅色的激光球飛行一圈就將整個山洞環(huán)境的3D場景投射到桌面上，進入山洞的人可以借此判斷前行的方向。
《鋼鐵俠》里也有一個十分有意思的片段，托尼·史塔克在設計、改進和修理戰(zhàn)衣的時候，并不是在圖紙或?qū)嵨锷线M行操作，而是通過一個虛擬的影像映射來實現(xiàn)，整個過程中，一個可視智能化的數(shù)字設計場景清晰地呈現(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”掃描復刻十二生肖銅像。
類似以上這些影視片段所呈現(xiàn)的技術，或許就是未來科學的發(fā)展方向，也是三維數(shù)字“理想”的應用方向。當前，伴隨著人類的科技探索步伐不斷加快，在不斷實踐中，也出現(xiàn)了一個特定的概念，即“數(shù)字孿生”。
什么是數(shù)字孿生?
數(shù)字孿生是一種實現(xiàn)物理系統(tǒng)向信息空間數(shù)字化模型映射的關鍵技術(如下圖所示), 它通過利用布置在系統(tǒng)各部分的傳感器, 對物理實體進行數(shù)據(jù)分析與建模, 形成多學科、多物理量、多時間尺度、多概率的仿真過程, 將物理系統(tǒng)在不同真實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體的數(shù)據(jù), 輔以數(shù)據(jù)分析和仿真模擬， 近乎實時地呈現(xiàn)物理實體的實際情況, 并通過虛實交互接口對物理實體進行控制。
簡單的說來，數(shù)字孿生主要由三部分組成:
● 物理空間的物理實體;
● 虛擬空間的虛擬實體;
● 虛實之間的連接數(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飛速發(fā)展，對促進制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化過程具有關鍵作用，尤其是信息技術對數(shù)據(jù)信息的強大計算和分析能力為制造業(yè)發(fā)展開拓煥然一新的發(fā)展空間，IT和OT的結合愈來愈受到制造企業(yè)的關注。伴隨著全新一代信息技術與制造業(yè)緊密結合發(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，互聯(lián)網(wǎng)從“虛”向“實”的載體。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)飛速發(fā)展離不了技術支持，包括機器學習、邊緣計算、5G、物聯(lián)網(wǎng)、標識解析、數(shù)據(jù)治理、工控安全等都是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的關鍵技術(如下圖)。
伴隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的運用推動，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、服務方面的的優(yōu)勢和能力，打通了數(shù)字孿生運用和迭代優(yōu)化的實際路徑，正變?yōu)閿?shù)字孿生的孵化床。
數(shù)字孿生基于物理實體的基本狀態(tài)，以動態(tài)實時的方式將構建的模型、采集的數(shù)據(jù)信息作出高度寫實的分析，用于物理實體的監(jiān)測、預測分析和優(yōu)化。另外，數(shù)字孿生做為邊緣側(cè)技術，能夠有效的連接設備層和網(wǎng)絡層，變?yōu)楣I(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的知識萃取工具，不斷地將工業(yè)系統(tǒng)中的碎片化知識傳送到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺中，不同成熟度的數(shù)字孿生體，將不同顆粒度的工業(yè)知識重新組裝，通過工業(yè)APP進行調(diào)用。因此，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺是數(shù)字孿生的孵化床，數(shù)字孿生是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的關鍵場景。
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)字化方式為物理對象構建高寫實虛擬模型，并模擬、分析、預測其行為，為完成信息技術與制造業(yè)結合鋪平了道路。借助數(shù)字孿生，能夠集成復雜的制造工藝，完成產(chǎn)品設計，制造和智能服務等閉環(huán)優(yōu)化，數(shù)字孿生將變?yōu)槲磥頂?shù)字化企業(yè)發(fā)展的關鍵技術。
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)絡的連通效應促使各個數(shù)字孿生在設備資產(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)關聯(lián)、互相補充。
例如下圖，寄云科技就利用其工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺——NeuSeer，與安世亞太共同研究數(shù)字孿生在仿真和生產(chǎn)過程的應用，在實際過程中由于樣本庫以及數(shù)據(jù)質(zhì)量的原因，分析結果往往會存在偏差或誤報警，如何在短時間形成有效的實時監(jiān)控，減少數(shù)據(jù)誤差和提升人工規(guī)則設定不準的能力。基于此，寄云科技NeuSeer工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺在后期會結合安世亞太的仿真能力，在實際運行過程中實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)和仿真模型的互動分析，提高實時采集數(shù)據(jù)判斷精度和規(guī)則配置的有效性，完成數(shù)字孿生不同應用場景數(shù)據(jù)信息的打通。通過破除設備、設計、制造、維護等產(chǎn)品生命周期隔離，打通構成數(shù)字孿生的閉環(huán)。
02
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺激活數(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，卻成為每一個數(shù)字化企業(yè)都需要關注的技術。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，對于不具備有關知識的人員，搭建和應用數(shù)字孿生任重而道遠，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)剛好能夠解決以上所述問題，通過平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析外包、模型共享等業(yè)務。
具體而言，物理實體的各類數(shù)據(jù)采集、交換，都需要借助于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)來實現(xiàn)，通過平臺具備的資源聚合、動態(tài)配置、供需對接等優(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)平臺向下將邊緣側(cè)基礎設施同數(shù)字孿生體關聯(lián)，向上將數(shù)據(jù)信息傳輸、儲存在云端，其他用戶也可以依據(jù)自身需要通過平臺的服務來建立數(shù)字孿生體，可以說工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺激活了數(shù)字孿生的生命。
03
數(shù)字孿生助力IT與OT結合
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各要素的結合，數(shù)據(jù)信息是結合過程中最重要的粘合劑，要讓IT部門和OT部門結合的更好，首先要處理好數(shù)據(jù)信息這一項隱型的資產(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、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)信息和技術的接口。
在產(chǎn)品設計過程中，數(shù)字孿生能夠展示、預測，分析數(shù)字模型和物理世界之間的互動過程?；跀?shù)字孿生的設計是基于原有物理產(chǎn)品的虛擬映射，研究海量數(shù)據(jù)信息以獲取有價值的知識進行產(chǎn)品創(chuàng)新。
在設計產(chǎn)品的功能結構特征和組件后，需要測驗設計質(zhì)量和可行性的過程中，借助于數(shù)字孿生，設計人員能夠通過檢驗虛擬產(chǎn)品迅速地模擬運行情況，完成虛擬設計和虛擬運行。服務封裝后，模型服務能夠通過服務搜索、匹配、調(diào)度和調(diào)用來應用。通過服務，數(shù)字孿生有效地應用于產(chǎn)品設計中，降低預期行為和設計行為的不一致產(chǎn)生的改動，大大縮短設計周期，降低設計成本。
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)構建每一個設備、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)平臺進行實時的信息采集，結合大數(shù)據(jù)的分析模型提供進一步的指標分析，在生產(chǎn)過程中進行動態(tài)排產(chǎn)、能耗優(yōu)化、質(zhì)量溯源、根因分析、產(chǎn)能預測、設備健康管理等一系列的應用管控，幫助企業(yè)最大程度的了解生產(chǎn)動態(tài)、平衡生產(chǎn)成本以及提升生產(chǎn)能力。
除此之外，售后增值服務成為企業(yè)市場競爭及能力提升的一大關注點(如下圖所示)，通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)構建的數(shù)字孿生模型，能夠幫助企業(yè)和業(yè)主進行遠程管控，遠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)品功能設計缺陷等等。
可以看到在工業(yè)4.0的時代，不僅從感官、更是從實際狀態(tài)、再到數(shù)據(jù)產(chǎn)生的量化指標，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)作為支撐平臺將在數(shù)字孿生的世界里發(fā)揮巨大價值。
文章來源于圣彭聊事 ，作者圣彭
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