什么是数字孪生？实时虚拟的表示

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　　数字孪生的定义

　　数字孪生是对象、流程和系统的实时而虚拟的表示。虽然数字孪生可以代表纯粹的数字事物，但它们通常是物理和数字领域之间的桥梁。例如，数字孪生可以提供工厂运营、通信网络或通过物流系统的数字视图。

　　调研机构Gartner公司表示：“数字孪生的实现是一个封装的软件对象或模型，它反映了一个独特的物理对象、流程、组织、人员或其他抽象。来自多个数字孪生的数据可以聚合成一个综合视图，涵盖许多真实世界的实体(例如发电厂或城市)及其相关流程。”

　　数字孪生的好处

　　物理操作的虚拟克隆可以帮助企业监控操作、执行预测性维护，并为投资决策提供见解。它们还可以帮助企业模拟那些使用实物资产进行测试过于耗时或过于昂贵的场景，创建长期业务计划，识别新发明，并改进流程。

　　根据数字产品工程服务商Global Logic公司的调查，数字孪生提供了五个主要优势：

　　(1)加速风险评估和生产时间。数字孪生可以帮助企业在生产产品之前对其进行虚拟测试和验证。工程师可以使用它们来识别过程故障。

　　(2)预测性维护。企业可以使用数字孪生来主动监控设备和系统，以便在它们发生故障之前安排维护，从而提高生产效率。

　　(3)实时远程监控。用户可以远程监视和控制系统。

　　(4)更好的团队协作。Global Logic公司指出，流程自动化和全天候访问系统信息让技术人员可以将更多的时间用于协作。

　　(5)更好的财务决策。通过集成财务数据，企业可以使用数字孪生来做出更好、更快的调整决策。

　　数字孪生的技术

　　系统集成商SL Controls公司指出，数字孪生包括三个主要元素：

　　(1)历史数据。有关机器、流程和系统过去性能的数据。

　　(2)实时数据。数字孪生接收来自设备传感器的持续更新以及来自平台和系统的输出，例如制造设备、客户服务和采购。

　　(3)未来数据。这其中包括机器学习和工程师的输入。

　　IBM公司表示，当今使用的各种数字孪生在很大程度上因其应用领域而有所不同：

　　组件孪生/零件孪生。这些是数字孪生的基本单元。这里的孪生代表组件或零件的物理、机械或电气特性。

　　资产孪生。资产是两个或多个协同工作的组件。这些孪生代表组件之间的交互以创建性能数据。

　　系统或单元孪生。这些孪生反映了形成系统或单元的资产的相互作用。

　　流程孪生。这些孪生代表了系统如何协同工作。例如，流程孪生可能代表整个生产设施。

　　数字孪生与模拟

　　数字孪生可以看作是对物理对象和过程的模拟，但使数字孪生与众不同的是实时更新。

　　SL Controls公司表示，模拟允许工程师对物理资产进行测试和评估，但其模拟是静态的。这取决于工程师输入新参数。数字孪生可以接收来自物理资产、流程或系统的实时更新，允许工程师使用真实环境执行测试、评估和分析工作。

　　数字孪生的示例

　　很多企业已经在使用数字孪生技术来改善他们的业务。

　　罗尔斯·罗伊斯公司提高喷气发动机效率：英国航空航天和国防技术提供商罗尔斯·罗伊斯公司已经部署数字孪生技术来监控其生产的航空发动机质量。该公司可以监控每台发动机的飞行方式、飞行条件以及飞行员如何使用它。罗尔斯·罗伊斯使用数字孪生提供针对特定发动机量身定制的服务计划。

　　玛氏优化其供应链：美国糖果、宠物护理和食品商玛氏公司为其制造供应链创建了数字孪生以支持其业务。该公司正在使用该技术来提高产能和过程控制，包括通过预测性维护来提高机器的正常运行时间，并减少导致产品包装不一致的相关浪费。

　　TIAA降低了客户服务的复杂性：美国教师保险和年金协会—大学退休股票基金(TIAA)正在使用数字孪生来降低新机构客户注册的复杂性。TIAA的数字孪生使用产品元数据、运营流程、重叠的相互依赖性以及业务规则来验证计划运营商的服务计划。

　　拜耳作物科学公司通过虚拟工厂重塑战略：拜耳作物科学公司为其在北美地区的的九个玉米种子生产基地创建了“虚拟工厂”。虚拟工厂是九个站点中每个站点的设备、过程和产品流特性、物料清单和操作规则的动态数字表示。除了提供实时的运营视图之外，虚拟工厂还允许拜耳公司执行“假设”分析，该公司使用这些分析来分析新战略、做出资本购买决策、制定长期业务计划以及改进流程。

　　数字孪生软件

　　数字孪生软件平台结合物联网传感器数据和其他数据来监控资产性能和运行模拟。数字孪生行业顾问Ian Skerrett表示，可扩展的数字孪生平台有六个关键特性：

　　(1)管理数字孪生生命周期。Skerrett表示，数字孪生是“数字线程”的实例，即构成物理资产的要求、部件和控制系统。例如，风电设施的数字线程由工程图、材料清单、软件版本和其他用于创建其工件组成。风电设施数字孪生平台需要利用数字线程并提供工具来测试、部署和管理基于数字线程的数字孪生。这些工具需要能够扩展到数百个数字线程和数千个数字孪生。

　　(2)单一事实来源。数字孪生平台需要能够更新并提供每个数字孪生的确切状态。例如，日常维护可能会导致一项资产的部件或固件版本与另一项资产不同。数字孪生平台必须能够在每个对象和资产发生变化时立即更新其确切状态。

　　(3)开放API。作为工业物联网解决方案的接口和集成点，该平台必须提供一个开放的API，允许任何系统与其交互。

　　(4)可视化和分析。该平台必须允许企业创建可视化、仪表板和对来自数字孪生的实时数据的深入分析。实时数据应该链接到数字线程。

　　(5)事件和流程管理。该平台必须允许用户创建可以基于平台数据执行的事件和业务流程。

　　(6)客户和用户视角。该平台需要支持数字孪生的利益相关者之间的协作。它应该反映哪个企业拥有或运营哪一个数字孪生，以及允许哪些用户访问数据。

　　数字孪生公司

　　许多企业正在构建自己的数字孪生，但也有一些流行的平台供应商。一些更受欢迎的产品包括：

　　aPriori数字制造仿真软件

　　Autodesk数字孪生

　　Ayla物联网平台

　　AWS物联网

　　Interfacing Technologies企业流程中心(EPC)

　　Oracle 物联网生产监控云平台

　　GE Predix平台

　　SAP Leonardo物联网

　　数字孪生市场

　　数字孪生市场如今正在快速增长。研究机构MarketsandMarkets公司表示，2020年全球数字孪生市场规模为31亿美元，预计到2027年将达到635亿美元。该公司认为数字孪生是第四次工业革命(或“工业4.0”)的关键组成部分。

　　该公司在其报告中指出，“在工业4.0中，数字孪生被认为是制造技术与物联网等先进技术的结合，有助于开发互连的制造系统。因此，数字孪生技术似乎是促进企业实现工业4.0的一种理想解决方案。”

　　该公司认为，汽车和运输、能源和电力、航空航天和国防垂直领域是数字孪生技术的主要用户。

　　原文标题：What is a digital twin? A real-time, virtual representation，作者：Thor Olavsrud

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