到2023年，全球數(shù)字雙胞胎市場預(yù)計將達(dá)到150億美元，2017年至2023年的復(fù)合年增長率(CAGR)為37%。通用電氣、IBM和微軟等主要公司正在使用數(shù)字雙胞胎技術(shù)來優(yōu)化產(chǎn)品和服務(wù)、執(zhí)行預(yù)測性維護(hù)和健康監(jiān)控，以及設(shè)計新產(chǎn)品。Gartner將數(shù)字雙胞胎列為2019年十大技術(shù)趨勢之一，并指出這項技術(shù)的重點將是物聯(lián)網(wǎng)。

以下是對數(shù)字雙胞胎技術(shù)的簡要概述，以及對數(shù)字雙胞胎和物聯(lián)網(wǎng)之間關(guān)系的更深入研究，以及一些現(xiàn)實世界的例子，以展示這些虛擬模型的好處。

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概念：什么是數(shù)字雙胞胎技術(shù)?

數(shù)字雙胞胎是物理對象的精確復(fù)制品，在物理世界和數(shù)字世界之間建立聯(lián)系。Gartner將其定義為“現(xiàn)實世界實體或系統(tǒng)的數(shù)字表示”。

它是由計算機(jī)輔助設(shè)計(CAD)和工程師在云中實現(xiàn)的虛擬表示。在虛擬環(huán)境中，它的功能與物理版本完全相同，即使是大型、復(fù)雜的項目或系統(tǒng)也可以復(fù)制，例如工廠和城市。

數(shù)字雙胞胎不能取代物理對象或系統(tǒng)——發(fā)動機(jī)的數(shù)字雙胞胎不會讓您的車輛運行。所以這不像將您所有的照片轉(zhuǎn)移到云端，然后丟掉原始硬盤。相反，數(shù)字雙胞胎允許您在一個安全的環(huán)境中監(jiān)控和測試物理物體，而不必靠近它們，例如，您可以使用數(shù)字雙胞胎來測試設(shè)備如何響應(yīng)突然的溫度峰值，這可以幫助您設(shè)計和實施安全措施，而無需進(jìn)行真實的(并且可能具有風(fēng)險的)測試。

藍(lán)圖：如何建立數(shù)字雙胞胎

數(shù)字雙胞胎是利用附著在物理設(shè)備上的傳感器構(gòu)建的，這些傳感器收集大量數(shù)據(jù)。傳感器收集的數(shù)據(jù)讓數(shù)字雙胞胎的行為方式和物理雙胞胎完全一樣。您可以監(jiān)控資產(chǎn)健康狀況，測試新想法，并運行各種模擬，以準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)物理資產(chǎn)對不同刺激或環(huán)境的反應(yīng)。

這個概念已經(jīng)存在一段時間了，但是形式更為基本。計算機(jī)生成的新產(chǎn)品模型是早期數(shù)字雙胞胎的一個很好例子。但是由于以下技術(shù)進(jìn)步和功能，現(xiàn)代數(shù)字雙胞胎卻有所不同：

• 更強(qiáng)大的模型，專注于特定的業(yè)務(wù)成果。
• 與物理版本的連接，通常具有實時監(jiān)控和/或控制。
• 使用人工智能和數(shù)據(jù)分析來發(fā)現(xiàn)提高效率的機(jī)會。
• 創(chuàng)建情境以做出明智的業(yè)務(wù)決策能力。

以下是實現(xiàn)數(shù)字雙胞胎技術(shù)的一些技巧：

目標(biāo)明確——您期望從數(shù)字雙胞胎中獲得什么商業(yè)利益?盡早明確目標(biāo)是確保數(shù)字雙胞胎技術(shù)得到適當(dāng)應(yīng)用的關(guān)鍵。

• 評估您的準(zhǔn)備情況——您是否具備采用數(shù)字雙胞胎技術(shù)所需的內(nèi)部技能?如果不具備，那么您將需要找到一個具備所需技能的團(tuán)隊。
• 保持簡單——數(shù)字雙胞胎并不總是正確的答案，您也許可以用更傳統(tǒng)的方法來實現(xiàn)同樣的目的。例如，如果您可以使用物聯(lián)網(wǎng)傳感器的數(shù)據(jù)有效地監(jiān)控和維護(hù)設(shè)備，而無需在數(shù)字雙胞胎環(huán)境中與數(shù)據(jù)進(jìn)行交互，那么啟用這項技術(shù)只會增加不必要的復(fù)雜性。
• 跟蹤進(jìn)度——雖然可能需要一些時間來確定數(shù)字雙胞胎項目的執(zhí)行情況，但您需要識別并捕獲關(guān)鍵績效指標(biāo)(KPI)，以便客觀地評估對業(yè)務(wù)的影響。

如果要在組織中部署數(shù)字雙胞胎，還需要考慮技術(shù)因素和特定的技能要求。您的網(wǎng)絡(luò)和團(tuán)隊必須能夠支持和提供：

• 持續(xù)的數(shù)據(jù)收集
• 大數(shù)據(jù)分析，包括正確使用數(shù)據(jù)的算法
• 數(shù)據(jù)分析師和團(tuán)隊成員非常了解數(shù)據(jù)模型，能夠從數(shù)字雙胞胎中獲得價值并做出正確的業(yè)務(wù)決策

數(shù)字雙胞胎和物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)使數(shù)字雙胞胎技術(shù)的擴(kuò)展成為可能。數(shù)字雙胞胎需要來自物理資產(chǎn)的數(shù)據(jù)，而物聯(lián)網(wǎng)傳感器能夠提供這些數(shù)據(jù)。

隨著物聯(lián)網(wǎng)傳感器變得越來越先進(jìn)、成本越來越低，它使得在更多的企業(yè)以及更廣泛的對象和系統(tǒng)中采用數(shù)字雙胞胎成為可能。隨著物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備收集更多數(shù)據(jù)，數(shù)字雙胞胎技術(shù)幫助開發(fā)人員和數(shù)據(jù)科學(xué)家優(yōu)化物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，并在部署前評估潛在場景。

到2020年，預(yù)計30%的G2000公司將使用數(shù)字雙胞胎技術(shù)來提高產(chǎn)品創(chuàng)新和生產(chǎn)力。隨著企業(yè)對數(shù)字雙胞胎能做什么有了更深入的了解，應(yīng)用將變得更加先進(jìn)。例如，用人工智能創(chuàng)建的高級模擬將允許組織執(zhí)行更深入的分析，并創(chuàng)建新的令人興奮的產(chǎn)品。

該技術(shù)特別為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)帶來了許多希望，制造業(yè)是擁抱數(shù)字雙胞胎的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，而設(shè)備維護(hù)和運營效率是數(shù)字雙胞胎有益于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的一些領(lǐng)域。

為了蓬勃發(fā)展，制造業(yè)和工程組織應(yīng)該擁抱數(shù)字雙胞胎。將數(shù)字雙胞胎技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合使用可帶來以下好處：

1. 預(yù)測性維護(hù)

數(shù)字雙胞胎提供了生產(chǎn)車間中每臺設(shè)備如何工作的精確畫面，使您能夠立即識別問題。您不再需要依賴于基于年限或用途的概括或假設(shè)，每臺設(shè)備都可以作為一個獨特的單元進(jìn)行精確跟蹤和監(jiān)控。

檢測到來自物聯(lián)網(wǎng)傳感器數(shù)據(jù)中的異常模式，并將其用于數(shù)字雙胞胎的預(yù)測模型，以在故障發(fā)生之前進(jìn)行預(yù)測。這使您能夠通過模擬來預(yù)測設(shè)備在不同條件和環(huán)境下的行為，例如找出一臺設(shè)備如何應(yīng)對惡劣環(huán)境或溫度的突然變化。更好的是，您可以遠(yuǎn)程解決這些問題，縮短解決時間。

2. 運營效率

一個潛在的問題解決方案可以先在一個數(shù)字雙胞胎上測試，既節(jié)省了資源，又提高了安全性。隨著技術(shù)應(yīng)用的擴(kuò)展，數(shù)字雙胞胎將被用于監(jiān)控整個生產(chǎn)流程，減少停機(jī)時間并防止錯誤發(fā)生。

3. 創(chuàng)新

數(shù)字雙胞胎讓您在使用數(shù)字原型構(gòu)建完整版的物理設(shè)備之前運行模擬。虛擬原型是基于物理原型的，允許您在降低成本的同時優(yōu)化產(chǎn)品。收集到的數(shù)據(jù)還可用于改進(jìn)現(xiàn)有的產(chǎn)品和服務(wù)，從而提高客戶滿意度和銷售額。

4. 降低成本

還可以利用該技術(shù)通過預(yù)測性維護(hù)和資產(chǎn)優(yōu)化來延長資產(chǎn)的使用壽命，從而降低運營甚至資本支出。

現(xiàn)實世界場景：數(shù)字雙胞胎應(yīng)用

• 通用電氣——通用電氣已經(jīng)為公用事業(yè)開發(fā)了一個數(shù)字雙胞胎網(wǎng)絡(luò)，它提供了公用電網(wǎng)的全面視圖。資產(chǎn)、運營和環(huán)境方面的數(shù)據(jù)與分析和機(jī)器學(xué)習(xí)相結(jié)合，以改進(jìn)預(yù)測性維護(hù)、運營效率和客戶服務(wù)。
• Kaeser——Kaeser利用數(shù)字雙胞胎進(jìn)行創(chuàng)新。該公司現(xiàn)在提供一項服務(wù)，通過數(shù)字雙胞胎來監(jiān)控和維護(hù)這些資產(chǎn)，實時數(shù)據(jù)監(jiān)控性能并測量實際使用情況。自從實施這項新服務(wù)以來，產(chǎn)品成本已經(jīng)降低了30%。
• 大眾——大眾為其車輛創(chuàng)建數(shù)字原型，以優(yōu)化產(chǎn)品生命周期管理。所有員工都可以獲得每種車型的實時詳細(xì)數(shù)據(jù)，從而改進(jìn)設(shè)計、質(zhì)量保證和裝配。

一些公司提供產(chǎn)品和工具來幫助其他企業(yè)部署數(shù)字雙胞胎。IBM提供了幾款具有數(shù)字雙胞胎功能的產(chǎn)品，包括IBM Rational Rhapsody和Rational Engineering life Manager。微軟還通過其Azure 數(shù)字雙胞胎產(chǎn)品，讓組織更容易探索數(shù)字雙胞胎技術(shù)，該平臺配有預(yù)定義和可擴(kuò)展的雙胞胎對象模型，用于構(gòu)建特定于您所在行業(yè)的數(shù)字雙生對象。

預(yù)測性維護(hù)、運營效率以及產(chǎn)品設(shè)計和測試方面的改進(jìn)使數(shù)字雙胞胎對工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)特別有吸引力——但該技術(shù)已在所有行業(yè)中普及。數(shù)字雙胞胎在未來業(yè)務(wù)中將扮演什么樣的角色還有待觀察，但可以肯定地說，我們所有人都應(yīng)該對這項技術(shù)及其潛力有一個基本的了解。