向更廣泛領域滲透
數字孿生如何落地
工業和信息化部等五部門日前聯合印發的《虛擬現實與行業應用融合發展行動計劃(2022 ~ 2026 年)》列出了虛擬現實與新一代信息技術進行深度融合的豪華陣容，其中數字孿生就是與 5G、人工智能、大數據、云計算和區塊鏈并駕齊驅的核心融合軀干。其實，除了中國外，包括德國、美國和日本等許多發達經濟體都在全力尋找與拓展數字孿生的落地場景，因此，接下來數字孿生將在社會經濟的許多領域尤其是工業制造方面發揮出極其強大的賦能作用。
一、橋接現實與虛擬
數字孿生是指充分利用物理模型、傳感器、運行歷史等數據，集成多學科、多尺度的仿真過程，它作為虛擬空間中對實體產品的鏡像，反映了相對應物理實體產品的全生命周期過程。
按照美國航空航天局(NASA)給出的解釋，數字孿生是指充分利用物理模型、傳感器、運行歷史等數據，集成多學科、多尺度的仿真過程，它作為虛擬空間中對實體產品的鏡像，反映了相對應物理實體產品的全生命周期過程。通俗點說，數字孿生就是將現實世界的物理體或者系統以及流程等復制到虛擬空間，生成一個“克隆體”，二者最終組成一個“數字雙胞胎”。
另外，數字孿生離不開VR和AR，二者如果實現了融合，便可拓展出無限的落地場景。另外，數字孿生需要大數據、傳感器、物聯網(IoT)以及人工智能(AI)等技術的支持。沒有物聯網就不可能實現端與端的連接，而失去傳感器，數據就只能孤立存在于現實物體，更談不上虛擬世界的信息反饋。同樣，離開了AI，數字模型就等于失去了“大腦”，數字孿生只能成為僅有軀殼的“胚胎”。而在這一技術矩陣中，數字孿生猶如可以點火的引擎，帶動各個技術細胞次序活躍與協同運轉。
二、最活躍的應用地帶
數字孿生對工業制造來說非常重要。工業制造成為了數字孿生最為活躍的戰場。智能車間與智能工廠是數字孿生的可視化成果。
隨著最近幾年發達國家先后提出工業4.0、智能制造以及工業互聯網戰略，以美國通用電氣(GE)、德國西門子等為代表的大型工業企業紛紛擁抱數字孿生，導致工業制造成為了數字孿生最為活躍的戰場。
對于工業企業而言，產品無疑是首先可以數字孿生的對象，即從產品的設計，到產品的制造均可通過數據建模實現全流程的監控分析，從中既可及時調整與完善產品的形狀、結構以及工藝，又可發現產品的質量瑕疵，并進行同步性修補與改善。同樣的道理，企業的整條產品生產線也可以數字孿生，借助賽博空間(計算機以及計算機網絡里的虛擬現實)生產線的等價映射鏡像，提前優化生產流程中的資源與要素配置，同時捕捉與清除相關的線上堵點，達到對整個產品生產活動的風險隔離與健康管理。
數字孿生當然可以延伸到后續服務層面。比如通過對產品的幾何形狀、性能、歷史銷售、用戶反饋等進行建模，就可以改變傳統的產品運行“黑箱”狀態，實時監測產品的使用與運轉狀況，發現產品具體功能偏差的同時，更能提前預判產品零部件的損壞時間界面，以便主動、及時和提前提供維護服務。根據知名咨詢公司Gartner發布的分析報告，基于數字孿生的產品智能服務，維修人員的響應時間從原來的300分鐘縮短到了15分鐘，同時一次性修復率從75%提升到92%。
智能車間與智能工廠是數字孿生的可視化成果。任何一個車間與企業，都可以將機器裝備、生產制造體系以及倉儲設備等孿生成賽博空間的等價數據模型，并籍此對實體物理基礎設施的工作狀況進行同步及時的測試與檢測，從中揭示人機匹配與交互程度，勘驗固定資產使用壽命和折舊必要性，同時分析與跟蹤產量進度指標與產品庫存態勢，預測與排除要素搭配中的掣肘與障礙，發現與糾正生產過程中的偏差與失誤，確保企業基礎設施與生產能力在最佳生命時段與優化情景中運行遞進。
三、基礎與底座
數字孿生賦能工業制造主要體現在：縱向上看，從產品設計到生產制造，再到倉儲運輸以及后續服務，數字孿生協助企業對全產業鏈與全生命周期進行動態預測與管理；橫向上看，從智能生產線、到智能車間，再到智能工廠，數字孿生支持對企業所有資產設備與基礎設施的優化與升級
在工業制造智能化過程中，數字孿生實際充當著基礎與底座的角色，因為智能制造系統首先要能感知，然后才是分析推理，但如果沒有數字孿生對現實物理設施與生產制造體系的準確建模，智能制造系統將是無源之水。縱向上看，從產品設計到生產制造，再到倉儲運輸以及后續服務，數字孿生協助企業對全產業鏈與全生命周期進行動態預測與管理；橫向上看，從智能生產線、到智能車間，再到智能工廠，數字孿生支持對企業所有資產設備與基礎設施的優化與升級，因此，數字孿生可以說是工業制造企業實現數字化、智能化的強大驅動。
進一步從實踐結果的觀察不難發現，數字孿生體現出的智能化價值其實遠超我們的想象。對于企業來說，往往一項新的設備在首次投入使用時會存在風險，比如操作不當導致關鍵零部件或者整套設備損壞等，但有了數字孿生，企業就不需要進行不確定性實地風險測試，實體生產過程都會在有備無患的狀態啟動與展開。另外，數字孿生最特異的功能就是預測，一切的未知都會被數字孿生揭示出來，在引導企業建立起嚴密的健康管理系統(IVHM)的同時，數字孿生屏蔽了企業運營管理過程中的所有不安因素。還有，賽博空間的數據模型一般與實體物理設備同步進行，傳統狀態下企業檢修或者維修機器設備，往往會產生停工停產等不小的機會成本，但一旦實現數字孿生，所有的故障都首先在桌面上檢測后排除，繼而反饋到實體設備完成檢修任務，整個過程不會影響到機器作業程序，生產效率由此大大提高。
實體企業的應用案例有力佐證了數字孿生的重要價值。目前，GE共擁有120萬個數字孿生體，號稱在每個引擎、每個渦輪、每臺核磁共振創造了一個數字孿生體，GE因此成為美國工業互聯網的排頭兵；在產品制造領域，勞斯萊斯使用數字孿生風扇葉片來制造超級噴氣發動機，產生了降低燃油消耗25%的效果；產品研發方面，葛蘭素史克疫苗研發及生產通過“數字雙胞胎”的監控，企業的質量控制開支減少13%，返工和報廢減少25%，合規監管費用減少了70%。
四、朝著更廣泛的領域滲透
數字孿生有廣闊前景，主要集中在智慧城市、智慧醫療等。
除了在工業制造舞臺上盡展風姿外，數字孿生還可在工程建筑、醫學分析等行業長袖善舞，更能在城市基礎設施建設等領域大顯身手，由此形成了智慧建筑、智慧醫療以及智慧城市等概念。正是如此，作為社會經濟與公共管理的重要技術基礎設施，數字孿生可稱得上是全行業數字化與智能化的升級標配。
拿工程建筑來說，修建高速公路、橋梁等基礎設施前，設計人員可以首先完成對工程的數字化建模，然后在賽博空間對工程進行仿真和模擬，評估工程的結構和承受能力，還可以導入流量數據，評估工程是否可以滿足投入使用后的需求；工程交付后，還可以在維護階段評估工程是否可以承擔特殊情況的壓力，以及監測可能出現的事故隱患。同樣，在醫療服務方面，基于患者的健康檔案、就醫史、用藥史、智能可穿戴設備監測數據等信息可在云端為患者建立“醫療數字孿生”，并在生物芯片、增強分析、邊緣計算、人工智能等技術的支撐下模擬人體運作，實現對醫療個體健康狀況預測分析和精準醫療診斷，并且通過醫療數字孿生在患者體內植入生物醫學傳感器來全天監控其血糖水平，以提供有關食物和運動的建議等。
圖片
基于數字孿生的巨大價值，Gartner連續六年將“數字孿生”列為當年的十大戰略科技發展趨勢，并預測未來這一技術物種還會產生更大的破壞性創新。據Gartner統計，目前全球部署物聯網的企業和組織中已有16%應用數字孿生，62%的組織正在準備使用數字孿生。另據IDC(互聯網數據中心)的報告，今年全球頭部超900家企業都會使用數字孿生來提供產品創新。按照Gartner的預測，2023年全球將有超六成的大型工業企業使用數字孿生，從而使這些企業的效率提高10%；2024年會有超過25%的全新數字孿生將作為新loT原生業務應用的綁定功能被采用。另據IDC預測，到2025年，全球數字孿生市場規模將增至264.6億美元。（有刪改、圖片源自網絡）
