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數字孿生的定義

數字孿生是對象、流程和系統的實時而虛擬的表示。雖然數字孿生可以代表純粹的數字事物，但它們通常是物理和數字領域之間的橋梁。例如，數字孿生可以提供工廠運營、通信網絡或通過物流系統的數字視圖。

調研機構Gartner公司表示：“數字孿生的實現是一個封裝的軟件對象或模型，它反映了一個獨特的物理對象、流程、組織、人員或其他抽象。來自多個數字孿生的數據可以聚合成一個綜合視圖，涵蓋許多真實世界的實體(例如發電廠或城市)及其相關流程。”

數字孿生的好處

物理操作的虛擬克隆可以幫助企業監控操作、執行預測性維護，并為投資決策提供見解。它們還可以幫助企業模擬那些使用實物資產進行測試過于耗時或過于昂貴的場景，創建長期業務計劃，識別新發明，并改進流程。

根據數字產品工程服務商Global Logic公司的調查，數字孿生提供了五個主要優勢：

(1)加速風險評估和生產時間。數字孿生可以幫助企業在生產產品之前對其進行虛擬測試和驗證。工程師可以使用它們來識別過程故障。

(2)預測性維護。企業可以使用數字孿生來主動監控設備和系統，以便在它們發生故障之前安排維護，從而提高生產效率。

(3)實時遠程監控。用戶可以遠程監視和控制系統。

(4)更好的團隊協作。Global Logic公司指出，流程自動化和全天候訪問系統信息讓技術人員可以將更多的時間用于協作。

(5)更好的財務決策。通過集成財務數據，企業可以使用數字孿生來做出更好、更快的調整決策。

數字孿生的技術

系統集成商SL Controls公司指出，數字孿生包括三個主要元素：

(1)歷史數據。有關機器、流程和系統過去性能的數據。

(2)實時數據。數字孿生接收來自設備傳感器的持續更新以及來自平臺和系統的輸出，例如制造設備、客戶服務和采購。

(3)未來數據。這其中包括機器學習和工程師的輸入。

IBM公司表示，當今使用的各種數字孿生在很大程度上因其應用領域而有所不同：

組件孿生/零件孿生。這些是數字孿生的基本單元。這里的孿生代表組件或零件的物理、機械或電氣特性。

資產孿生。資產是兩個或多個協同工作的組件。這些孿生代表組件之間的交互以創建性能數據。

系統或單元孿生。這些孿生反映了形成系統或單元的資產的相互作用。

流程孿生。這些孿生代表了系統如何協同工作。例如，流程孿生可能代表整個生產設施。

數字孿生與模擬

數字孿生可以看作是對物理對象和過程的模擬，但使數字孿生與眾不同的是實時更新。

SL Controls公司表示，模擬允許工程師對物理資產進行測試和評估，但其模擬是靜態的。這取決于工程師輸入新參數。數字孿生可以接收來自物理資產、流程或系統的實時更新，允許工程師使用真實環境執行測試、評估和分析工作。

數字孿生的示例

很多企業已經在使用數字孿生技術來改善他們的業務。

羅爾斯·羅伊斯公司提高噴氣發動機效率：英國航空航天和國防技術提供商羅爾斯·羅伊斯公司已經部署數字孿生技術來監控其生產的航空發動機質量。該公司可以監控每臺發動機的飛行方式、飛行條件以及飛行員如何使用它。羅爾斯·羅伊斯使用數字孿生提供針對特定發動機量身定制的服務計劃。

瑪氏優化其供應鏈：美國糖果、寵物護理和食品商瑪氏公司為其制造供應鏈創建了數字孿生以支持其業務。該公司正在使用該技術來提高產能和過程控制，包括通過預測性維護來提高機器的正常運行時間，并減少導致產品包裝不一致的相關浪費。

TIAA降低了客戶服務的復雜性：美國教師保險和年金協會—大學退休股票基金(TIAA)正在使用數字孿生來降低新機構客戶注冊的復雜性。TIAA的數字孿生使用產品元數據、運營流程、重疊的相互依賴性以及業務規則來驗證計劃運營商的服務計劃。

拜耳作物科學公司通過虛擬工廠重塑戰略：拜耳作物科學公司為其在北美地區的的九個玉米種子生產基地創建了“虛擬工廠”。虛擬工廠是九個站點中每個站點的設備、過程和產品流特性、物料清單和操作規則的動態數字表示。除了提供實時的運營視圖之外，虛擬工廠還允許拜耳公司執行“假設”分析，該公司使用這些分析來分析新戰略、做出資本購買決策、制定長期業務計劃以及改進流程。

數字孿生軟件

數字孿生軟件平臺結合物聯網傳感器數據和其他數據來監控資產性能和運行模擬。數字孿生行業顧問Ian Skerrett表示，可擴展的數字孿生平臺有六個關鍵特性：

(1)管理數字孿生生命周期。Skerrett表示，數字孿生是“數字線程”的實例，即構成物理資產的要求、部件和控制系統。例如，風電設施的數字線程由工程圖、材料清單、軟件版本和其他用于創建其工件組成。風電設施數字孿生平臺需要利用數字線程并提供工具來測試、部署和管理基于數字線程的數字孿生。這些工具需要能夠擴展到數百個數字線程和數千個數字孿生。

(2)單一事實來源。數字孿生平臺需要能夠更新并提供每個數字孿生的確切狀態。例如，日常維護可能會導致一項資產的部件或固件版本與另一項資產不同。數字孿生平臺必須能夠在每個對象和資產發生變化時立即更新其確切狀態。

(3)開放API。作為工業物聯網解決方案的接口和集成點，該平臺必須提供一個開放的API，允許任何系統與其交互。

(4)可視化和分析。該平臺必須允許企業創建可視化、儀表板和對來自數字孿生的實時數據的深入分析。實時數據應該鏈接到數字線程。

(5)事件和流程管理。該平臺必須允許用戶創建可以基于平臺數據執行的事件和業務流程。

(6)客戶和用戶視角。該平臺需要支持數字孿生的利益相關者之間的協作。它應該反映哪個企業擁有或運營哪一個數字孿生，以及允許哪些用戶訪問數據。

數字孿生公司

許多企業正在構建自己的數字孿生，但也有一些流行的平臺供應商。一些更受歡迎的產品包括：

aPriori數字制造仿真軟件

Autodesk數字孿生

Ayla物聯網平臺

AWS物聯網

Interfacing Technologies企業流程中心(EPC)

Oracle 物聯網生產監控云平臺

GE Predix平臺

SAP Leonardo物聯網

數字孿生市場

數字孿生市場如今正在快速增長。研究機構MarketsandMarkets公司表示，2020年全球數字孿生市場規模為31億美元，預計到2027年將達到635億美元。該公司認為數字孿生是第四次工業革命(或“工業4.0”)的關鍵組成部分。

該公司在其報告中指出，“在工業4.0中，數字孿生被認為是制造技術與物聯網等先進技術的結合，有助于開發互連的制造系統。因此，數字孿生技術似乎是促進企業實現工業4.0的一種理想解決方案。”

該公司認為，汽車和運輸、能源和電力、航空航天和國防垂直領域是數字孿生技術的主要用戶。

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