數(shù)字孿生的概念已經(jīng)存在了相當長一段時間，然而隨著其主要推動因素——數(shù)據(jù)分析和物聯(lián)網(wǎng)——逐漸成熟，數(shù)字孿生應用最終開始在制造業(yè)之外使用。隨著企業(yè)越來越多地利用虛擬副本的力量，這一趨勢是顯而易見的，唯一還不清楚的是數(shù)字孿生在實踐中是如何運作的。

    物聯(lián)網(wǎng)驅(qū)動的數(shù)字孿生

    數(shù)字孿生是物理對象的精確復制品， Gartner將其定義為“現(xiàn)實世界實體或系統(tǒng)的數(shù)字表示”。

    通過不斷整合最新信息，數(shù)字孿生技術(shù)可以帶來最大的價值。與虛擬原型類似，它在數(shù)字世界和物理世界之間建立聯(lián)系，但這種聯(lián)系會不斷更新，以反映當前的存在狀況。

    通過實時從智能資產(chǎn)中捕獲數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)化為見解，數(shù)字孿生有助于防止故障并找到解決方案，從而有助于制定有效的業(yè)務(wù)策略。在業(yè)務(wù)環(huán)境中，這意味著減少停機時間、降低生產(chǎn)和維護成本、增強客戶服務(wù)并縮短上市時間。

    通過連續(xù)數(shù)據(jù)饋送的平穩(wěn)集成，數(shù)字孿生可以為企業(yè)提供其產(chǎn)品和流程的最新視圖，從而使企業(yè)能夠主動、有預見性且具有成本效益。為了實現(xiàn)這些好處，虛擬仿真需要數(shù)據(jù)，而智能物聯(lián)網(wǎng)傳感器實時地將數(shù)據(jù)傳送給它們。

    物聯(lián)網(wǎng)使組織可以訪問有關(guān)物理世界的信息，而數(shù)字孿生可以利用這些信息，并對其進行分析、優(yōu)化和測試。數(shù)字線程將這兩種技術(shù)結(jié)合在一起——連續(xù)、無縫的數(shù)據(jù)流使資產(chǎn)的整個生命周期具有可追溯性。

    Orbis Research稱，到2022年，預計75%的物聯(lián)網(wǎng)平臺將包含某種形式的數(shù)字孿生。

    數(shù)字孿生技術(shù)降低了物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)的復雜性，因為它們集成了由智能傳感器(如智能照明、攝像頭、恒溫器、電表)收集的大量數(shù)據(jù)集，并將它們映射到更易于分析、測量和理解的虛擬副本中。該技術(shù)的采用速度正在加快，目前的研究也證實了這一點。根據(jù)Gartner的報告顯示，到2022年，超過2/3已實施物聯(lián)網(wǎng)的企業(yè)將在生產(chǎn)流程中至少部署一項數(shù)字孿生，或計劃在一年內(nèi)部署數(shù)字孿生，預計效率將提高10%。Markets and Markets預測，到2025年，數(shù)字孿生市場預計將增長到358億美元，自2019年以來復合年增長率為37.8%。

    物聯(lián)網(wǎng)數(shù)字孿生用例

    直至最近，諸如制造和產(chǎn)品設(shè)計等以工程為導向的重資產(chǎn)行業(yè)一直是數(shù)字孿生技術(shù)的主要受益者。然而，隨著諸如物聯(lián)網(wǎng)、AI和云計算等支持技術(shù)的可用性不斷提高，數(shù)字孿生的新應用正在其他垂直行業(yè)中出現(xiàn)。

    1. 汽車

    盡管汽車公司仍在努力使自動駕駛技術(shù)在商業(yè)上可行，但它們中的大多數(shù)已經(jīng)采用了物聯(lián)網(wǎng)驅(qū)動的數(shù)字孿生技術(shù)，以從裝有傳感器的汽車中獲取行為和操作數(shù)據(jù)。汽車工程師可以創(chuàng)建車輛的數(shù)字模型，以識別出設(shè)計中可能出現(xiàn)的錯誤，并在實際生產(chǎn)之前對汽車的安全性、效率和創(chuàng)新進行改進。

    引領(lǐng)這一創(chuàng)新的是特斯拉，該公司創(chuàng)建了每種車型的數(shù)字孿生，但其他制造商也在緊跟其后。例如，日產(chǎn)正在利用實時虛擬副本查明電池漏液的原因、減少地盤體積、優(yōu)化車輛空間存儲等。同樣，梅賽德斯的工廠使用數(shù)字模型來模擬整個生產(chǎn)流程，以提高效率和靈活性，從而能夠更快地響應客戶需求。

    數(shù)字孿生在汽車領(lǐng)域的另一個有趣應用是賽車運動，虛擬模擬器完美地模擬了賽道體驗，從而為工程師提供有關(guān)車輛設(shè)計和空氣動力學的深入見解。這些見解可以提高駕駛員的安全性，并為觀眾帶來激動人心的體育盛宴。

    2. 制造業(yè)

    制造業(yè)是數(shù)字孿生技術(shù)最先進的應用領(lǐng)域。從繪圖板到最終裝配，該技術(shù)可提供對產(chǎn)品和流程的實時360度可見性。它使制造商能夠構(gòu)建和測試新的先進概念，而無需關(guān)閉生產(chǎn)線和影響交貨時間。

    數(shù)字孿生為分析真實世界的產(chǎn)品應用提供了無限可能性，而不會產(chǎn)生與傳統(tǒng)研發(fā)運營相關(guān)的巨大成本。對生產(chǎn)流程的強大仿真保證了所獲得的輸出將與最初的預測一致。

    數(shù)字孿生應用給重工業(yè)帶來好處的一個典型例子是航空航天工程。以波音公司為例。

    該公司的工程師正在對各種飛機部件進行數(shù)字仿真，以評估它們的耐用性、壽命和可靠性。這有助于公司確保乘客和機組人員的最高安全標準。由于采用了數(shù)字孿生技術(shù)，波音公司可以預測特定零件的性能，并預測(并避免)發(fā)動機故障的潛在風險。

    3. 智慧城市

    數(shù)字孿生也正在推動智慧城市的強勁轉(zhuǎn)型。城市規(guī)劃者和政府部門安裝儀表和傳感器以監(jiān)測和跟蹤交通水平，從而幫助他們更好地了解占用率、環(huán)境條件、能源消耗、公共安全以及城市生態(tài)系統(tǒng)的其他方面。(來自物聯(lián)之家)通過虛擬模擬，他們可以生成城市的并行版本，以測試更可持續(xù)、對公民更友好和更有利可圖的城市政策和愿景。

    新加坡是第一個利用大量數(shù)據(jù)來改善其居民生活質(zhì)量的城市。該城市將模擬環(huán)境納入其發(fā)展戰(zhàn)略，以支持更健康、更強大和更安全的社區(qū)。其他追隨者城市包括蘇黎世、哥本哈根、雅加達、墨爾本和開普敦等。越來越多的城市也開始嘗試虛擬副本技術(shù)來解決城市化挑戰(zhàn)。據(jù)估計，到2025年，全球智慧城市的數(shù)量將達到500個。

    4. 物流

    數(shù)字孿生可以模擬即將發(fā)生的事件，并為未來提出可能的方案，從而使物流領(lǐng)域的應用多樣化。

    物流公司已經(jīng)在利用物聯(lián)網(wǎng)傳感器來跟蹤貨物?，F(xiàn)在，他們可能會進一步利用物聯(lián)網(wǎng)驅(qū)動的數(shù)字孿生，創(chuàng)建虛擬仿真來提高容量利用率，并設(shè)計出更有效和可持續(xù)的包裝解決方案。在配送中心和倉庫，從機械中獲取的信息可以作為預測模型的輸入，而這些預測模型可以預測并防止故障和停機。

    物聯(lián)網(wǎng)數(shù)字孿生還可以幫助進行倉庫規(guī)劃、配置、管理和持續(xù)優(yōu)化。DHL是廣泛使用此應用的公司之一，該公司利用實時運營數(shù)據(jù)不斷評估變化對設(shè)施布局、設(shè)備、員工生產(chǎn)力和流程的潛在影響。

    5. 零售

    零售業(yè)擁有豐富的消費者數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以從PoS系統(tǒng)、移動設(shè)備、店內(nèi)信標和其他來源中提取。通過數(shù)字孿生，可以輕松地將此數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為商店的全面虛擬表示。

    在店內(nèi)，數(shù)字復制品使零售商能夠監(jiān)測和測試商品的最佳放置，并根據(jù)顧客的興趣模式管理商品的分銷。此外，使用數(shù)字孿生，零售公司還可以了解從設(shè)計到銷售的整個產(chǎn)品生命周期。這些見解使零售商能夠防止缺貨并減少浪費。最后，電子商務(wù)和零售組織采用數(shù)字孿生來構(gòu)建復雜的消費者行為模式，幫助他們創(chuàng)造以客戶為中心的個性化體驗。此外，從各種接觸點收集的詳細消費者數(shù)據(jù)，包括購買歷史、網(wǎng)站訪問和社交媒體參與度等，可以在以后用于提高廣告和營銷活動的效果。

    6. 醫(yī)療保健

    技術(shù)在醫(yī)療中起著變革性作用，可以改善治療效果并提高患者的舒適度。數(shù)字孿生現(xiàn)在已成為其中的一部分。隨著互聯(lián)醫(yī)療趨勢的快速發(fā)展，虛擬副本可用于數(shù)據(jù)驅(qū)動型決策，以支持極其復雜的醫(yī)療環(huán)境，并提高安全性、可及性和治療效率。

    以下是一些在醫(yī)療保健領(lǐng)域中流行的數(shù)字孿生示例。分析顧問可以使用數(shù)字孿生來模擬新醫(yī)院或改造現(xiàn)有設(shè)施，以發(fā)現(xiàn)最佳的病床布置、人員配置和平面布置。虛擬副本可以將從可穿戴設(shè)備、患者門戶和移動設(shè)備收集的數(shù)據(jù)結(jié)合起來，創(chuàng)建患者健康的終身記錄。(來源物聯(lián)之家網(wǎng))這樣的副本將促進結(jié)果預測、慢性病管理和高度個性化的治療。醫(yī)療器械制造商也可以從數(shù)字孿生中受益，利用虛擬副本來創(chuàng)建先進的、經(jīng)濟實惠的矯正器械，同時繞開昂貴的物理原型開發(fā)。

    7. 公用事業(yè)

    數(shù)字孿生技術(shù)在數(shù)據(jù)豐富的公用事業(yè)領(lǐng)域發(fā)揮了巨大的作用，它們提供了物理網(wǎng)格和流程的統(tǒng)一視圖。它們用一個單一的空間化平臺取代或增強了傳統(tǒng)的信息系統(tǒng)和人工操作。隨著模型仿真不斷學習和自我更新，它們有助于消除數(shù)據(jù)不一致之處，并為預測性公用事業(yè)管理建立可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

    動態(tài)模型的透明度有助于公用事業(yè)提供商改善資產(chǎn)管理、檢測異常并防止故障。通過這些增強，電力、天然氣、水和其他公用事業(yè)公司還可以減輕服務(wù)中斷或故障對社會和經(jīng)濟造成的影響。

    悉尼水務(wù)公司(Sydney Water)應用了一個有趣的數(shù)字孿生。為了實現(xiàn)綜合供水服務(wù)的愿景，這家澳大利亞水務(wù)公司利用數(shù)字仿真來提高水力模型的準確性，以便進行更有效的供水規(guī)劃和主動識別問題。

    總結(jié)

    隨著企業(yè)試圖擺脫商品化陷阱，數(shù)字孿生為他們提供了一個機會，用新的、超個性化的產(chǎn)品和服務(wù)來建立市場差異化優(yōu)勢。實時仿真和預測使各行各業(yè)的組織能夠使用主動的、數(shù)據(jù)驅(qū)動的方法來預防故障、提高產(chǎn)品質(zhì)量、簡化流程并為市場帶來領(lǐng)先于競爭對手的價值。