近日,由工業互聯網產業聯盟(以下簡稱“AII”)、中國信息通信研究院主辦、智能+學院支持的“工業互聯網成果線上發布會”順利召開。發布會得到了業界的廣泛關注、反響熱烈。
AII首次采用線上直播方式發布《工業互聯網體系架構2.0》(文字版)等9本白皮書,內容涵蓋工業互聯網頂層設計、園區、網絡、標識解析、邊緣計算、信息模型、工業智能、數字孿生等8大方向。

什么是數字孿生?它是誰提出來的?它會給我們的生活帶來什么樣的改變?

指充分利用物理模型、傳感器更新、運行歷史等數據,集成多學科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過程,在虛擬空間中完成映射,從而反映相對應的實體裝備的全生命周期過程。
數字孿生是一種超越現實的概念,可以被視為一個或多個重要的、彼此依賴的裝備系統的數字映射系統。
數字孿生是個普遍適應的理論技術體系,可以在眾多領域應用,目前在產品設計、產品制造、醫學分析、工程建設等領域應用較多。
目前在國內應用最深入的是工程建設領域,關注度最高、研究最熱的是智能制造領域。

理解數字孿生還需要記住三個關鍵詞,分別是“全生命周期”、“實時/準實時”、“雙向”。
全生命周期,是指數字孿生可以貫穿產品包括設計、開發、制造、服務、維護乃至報廢回收的整個周期。它并不僅限于幫助企業把產品更好地造出來,還包括幫助用戶更好地使用產品。
實時/準實時,是指本體和孿生體之間,可以建立全面的實時或準實時聯系。兩者并不是完全獨立的,映射關系也具備一定的實時性。
雙向,是指本體和孿生體之間的數據流動可以是雙向的。并不是只能本體向孿生體輸出數據,孿生體也可以向本體反饋信息。企業可以根據孿生體反饋的信息,對本體采取進一步的行動和干預。
-------- 起源 --------
說到“數字孿生”這個概念的發明者,行業里并沒有明確的說法。
美國國防部最早提出利用Digital Twin技術,用于航空航天飛行器的健康維護與保障。 首先在數字空間建立真實飛機的模型,并通過傳感器實現與飛機真實狀態完全同步,這樣每次飛行后,根據結構現有情況和過往載荷,及時分析評估是否需要維修,能否承受下次的任務載荷等。
數字孿生,有時候也用來指代將一個工廠的廠房及產線,在沒有建造之前,就完成數字化模型。從而在虛擬的賽博空間中對工廠進行仿真和模擬,并將真實參數傳給實際的工廠建設。
而工房和產線建成之后,在日常的運維中二者繼續進行信息交互。值得注意的是:Digital Twin不是構型管理的工具,不是制成品的3D尺寸模型,不是制成品的MBD定義。
-------- 價值 --------
(1)工業制造
數字孿生起源于工業制造領域。工業制造也是數字孿生的主要戰場。

前面我們介紹數字孿生概念的時候,其實已經提到了這塊的內容。
在產品研發的過程中,數字孿生可以虛擬構建產品數字化模型,對其進行仿真測試和驗證。生產制造時,可以模擬設備的運轉,還有參數調整帶來的變化。
數字孿生能夠有效提升產品的可靠性和可用性,同時降低產品研發和制造風險。維護階段,數字孿生也能發揮重要作用。
正如前文所說,美國國防部提出數字孿生,就是為了幫助更好地維護戰斗機。
采用數字孿生技術,通過對運行數據進行連續采集和智能分析,可以預測維護工作的最佳時間點,也可以提供維護周期的參考依據。數字孿生體也可以提供故障點和故障概率的參考。
數字孿生給工業制造帶來了顯而易見的效率提升和成本下降,使得幾乎所有的工業巨頭趨之若鶩。
(2)智慧城市
除了工業制造之外,數字孿生和5G、智慧城市也有非常密切的關系。
我們知道,5G將開啟“萬物互聯”的時代,它使得人類的連接技術到了前所未有的高度。
未來,在5G的支持下,云和端之間可以建立更緊密的連接。這也就意味著,更多的數據將被采集并集中在一起。
這些數據,可以幫助構建更強大的數字孿生體。例如,一個數字孿生城市。

如今,我們的城市布滿了各種各樣的傳感器、攝像頭。借助包括5G在內的物聯網技術,這些終端采集的數據可以更快地被提取出來。
在數字孿生城市中,基礎設施(水、電、氣、交通等)的運行狀態,市政資源(警力、醫療、消防等)的調配情況,都會通過傳感器、攝像頭、數字化子系統采集出來,并通過包括5G在內的物聯網技術傳遞到云端。

城市的管理者,基于這些數據,以及城市模型,構建數字孿生體,從而更高效地管理城市。
相比于工業制造的“產品生命周期”,城市的“生命周期”更長,數字孿生帶來的回報更大。當然,城市數字孿生的部署難度也更大。
事實上,印度海德拉巴、新加坡,還有我們中國的深圳、雄安,都已經在做這方面的摸索和嘗試。大量的投資,正在涌向“智慧城市+數字孿生”的應用場景。
-------- 結語 --------
總而言之,數字孿生是一項非常有潛力的前沿技術,會給企業帶來豐厚的價值回報。
也正因為如此,很多投資機構趁機熱炒數字孿生的概念,也有很多企業迫不及待想要擁抱數字孿生。
根據全球知名咨詢公司Gartner2019年初的調查,部署物聯網的企業和組織中,已有13%應用數字孿生,62%的組織正在準備使用數字孿生。Gartner還將數字孿生列為2019年十大戰略性技術趨勢。
但是,我們還是應該理性看待數字孿生。
擁抱數字孿生,既需要深厚的技術沉淀,也需要巨大的資金投入,還需要管理水平和員工技能達到相應的層次。