多年來(lái)，LNS研究中心寫(xiě)了很多關(guān)于數(shù)字孿生的文章。我們?nèi)匀话l(fā)現(xiàn)很多制造業(yè)的客戶對(duì)數(shù)字孿生感到困惑，更不清楚如何實(shí)現(xiàn)并落地。對(duì)此，我們希望通過(guò)搭建一個(gè)簡(jiǎn)單的框架來(lái)幫助大家更好的認(rèn)知與思考數(shù)字孿生，并明確以下三個(gè)最常見(jiàn)的問(wèn)題。
首先，我們需要認(rèn)識(shí)到數(shù)字孿生技術(shù)貫穿在產(chǎn)品生命周期中的不同階段。通常，我喜歡將數(shù)字孿生分為兩種基本類型：產(chǎn)前和產(chǎn)后。
產(chǎn)前數(shù)字孿生指：在原型或?qū)嶋H建造成本之前，在虛擬環(huán)境中對(duì)生產(chǎn)全過(guò)程進(jìn)行仿真、優(yōu)化及重構(gòu)。
簡(jiǎn)單而言，即在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段，通過(guò)數(shù)字孿生來(lái)模擬設(shè)計(jì)項(xiàng)目的預(yù)期性能，提高開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)的有效性和經(jīng)濟(jì)性。而該項(xiàng)目可以是一個(gè)產(chǎn)品，例如飛機(jī)、輪船、烤面包機(jī)，甚至是鞋子；可以是制造工業(yè)中的工廠、工藝或生產(chǎn)線，如汽車裝配廠、食品生產(chǎn)線；同樣也可以是工藝流程工業(yè)中的工廠、工藝或生產(chǎn)線，如化工廠或煉油廠。因此，關(guān)于產(chǎn)前數(shù)字孿生，我們也可解讀為：設(shè)計(jì)中的數(shù)字仿真世界與被模擬的現(xiàn)實(shí)世界之間的交互連接。
在這一階段，數(shù)字孿生可以在虛擬原型構(gòu)建或者實(shí)際設(shè)計(jì)建造之前進(jìn)行產(chǎn)品仿真設(shè)計(jì)，協(xié)助企業(yè)驗(yàn)證產(chǎn)品在真實(shí)環(huán)境中的性能，最終達(dá)到降本增效的最優(yōu)效果。在實(shí)際操作中，PLM供應(yīng)商可以通過(guò)使用CAD工具開(kāi)發(fā)出滿足技術(shù)規(guī)格的產(chǎn)品虛擬原型，利用包括人體工程學(xué)、熱力學(xué)或物理模型等等，精確記錄產(chǎn)品的各種物理參數(shù)，以可視化的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)實(shí)中產(chǎn)品1：1的模擬仿真與交互，從而實(shí)現(xiàn)提高設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。鑒于當(dāng)前國(guó)際經(jīng)濟(jì)和政治趨勢(shì)，LNS研究公司預(yù)計(jì)，數(shù)字孿生技術(shù)將在本輪商業(yè)周期中越發(fā)舉足輕重。
通常，在產(chǎn)品生產(chǎn)之前，通過(guò)數(shù)字孿生的技術(shù)來(lái)模擬在不同產(chǎn)品、不同參數(shù)、不同外部條件下的生產(chǎn)過(guò)程，我們可以將其視為是一種數(shù)據(jù)的聚合過(guò)程，例如百萬(wàn)投訴中得到的商機(jī)、某產(chǎn)品功能的客戶使用比、各項(xiàng)售后產(chǎn)生的成本等等，以幫助我們更直觀了解在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中（尤其是在產(chǎn)品質(zhì)量和客戶體驗(yàn)數(shù)據(jù)方面）各項(xiàng)數(shù)據(jù)與指標(biāo)的變化，從而收集相關(guān)數(shù)據(jù)依據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)能、效率以及可能出現(xiàn)的生產(chǎn)瓶頸等問(wèn)題的提前預(yù)判。
產(chǎn)后數(shù)字孿生指：通過(guò)提升產(chǎn)品實(shí)際運(yùn)行時(shí)間和性能，同時(shí)降低維護(hù)成本來(lái)降低與產(chǎn)品項(xiàng)目相關(guān)的成本。
換句話說(shuō)，當(dāng)工廠或產(chǎn)品進(jìn)入運(yùn)行階段，采集產(chǎn)品運(yùn)行階段的環(huán)境和工作狀態(tài)，例如特定的識(shí)別車輛、特定的煉油廠等相關(guān)的設(shè)備性能、維護(hù)和客戶體驗(yàn)記錄，并通過(guò)足夠的數(shù)據(jù)收集，搭建一個(gè)后期的數(shù)字孿生，分析和優(yōu)化來(lái)避免產(chǎn)品的故障，改善用戶對(duì)產(chǎn)品的使用體驗(yàn)。
那么，什么是產(chǎn)后數(shù)字孿生？簡(jiǎn)單而言，就是對(duì)物理世界中的物體(產(chǎn)品或資產(chǎn))，通過(guò)數(shù)字化手段來(lái)構(gòu)建一個(gè)數(shù)字世界中1：1的虛擬實(shí)體，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)特定項(xiàng)目的即時(shí)構(gòu)建、維護(hù)、服務(wù)（逐漸擴(kuò)大包括到社交媒體）和使用。
通常而言，產(chǎn)后數(shù)字孿生的使用是通過(guò)提升產(chǎn)品實(shí)際正常運(yùn)行時(shí)間和性能來(lái)降低與產(chǎn)品項(xiàng)目相關(guān)的成本，特別是維護(hù)成本，例如：保持航班的更長(zhǎng)飛行時(shí)間、確?；S的生產(chǎn)運(yùn)行平穩(wěn)。通過(guò)產(chǎn)后數(shù)字孿生的技術(shù)，我們希望洞察到產(chǎn)品使用情況以及實(shí)際功效，如對(duì)客戶的產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率是否有所提升。因此，借助于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(IIoT)和大數(shù)據(jù)等技術(shù)，通過(guò)采集有限的物理傳感器指標(biāo)的直接數(shù)據(jù)，并借助大樣本庫(kù)，通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)推測(cè)出一些原本無(wú)法直接測(cè)量的指標(biāo)，從而獲得更加全面、多維度的產(chǎn)品數(shù)據(jù)。我們認(rèn)為，通過(guò)數(shù)字孿生采集出來(lái)的大量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，有助于提升企業(yè)對(duì)于態(tài)勢(shì)感知的能力，從而指導(dǎo)企業(yè)更好的去做相應(yīng)的業(yè)務(wù)決策，比如更合理的檢修時(shí)間……
總而言之，產(chǎn)后數(shù)字孿生需要收集來(lái)自豐富的實(shí)際數(shù)據(jù)來(lái)構(gòu)建虛擬世界和物理世界之間的交互連接。
基于以上的概念框架，LNS研究公司指出，當(dāng)前，需要我們解決有關(guān)數(shù)字孿生的最常見(jiàn)的三個(gè)問(wèn)題分別是：
1、我需要購(gòu)買(mǎi)與數(shù)字孿生相關(guān)的應(yīng)用軟件嗎？
答案是“取決于實(shí)際項(xiàng)目”。即根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目使用的場(chǎng)景來(lái)確定。
當(dāng)前，數(shù)字孿生不僅有助于獲取和交換以及更大范圍的數(shù)據(jù)訪問(wèn)，而且還提供了開(kāi)箱即用的完整方案。其中，PLM供應(yīng)商，例如西門(mén)子、達(dá)索和PTC以直接或通過(guò)合作伙伴的方式提供數(shù)字孿生所需的設(shè)計(jì)和仿真解決方案；AVEVA、Hexagon和西門(mén)子/Bentley為工藝工廠（直接或通過(guò)合作伙伴）提供必要的、豐富的開(kāi)箱即用的設(shè)計(jì)和仿真解決方案。但值得注意的是，這里所說(shuō)的“豐富的”開(kāi)箱即用，即指交付完整的數(shù)字孿生應(yīng)用方案需要相當(dāng)數(shù)量的供應(yīng)商提供相關(guān)服務(wù)。事實(shí)上，早在“數(shù)字孿生”一詞流行起來(lái)之前，數(shù)字孿生就已悄然出現(xiàn)在這些公司的產(chǎn)品策略。
LNS研究公司通過(guò)每年對(duì)超過(guò)100家供應(yīng)商的市場(chǎng)調(diào)查，得出結(jié)論是，目前現(xiàn)成的、開(kāi)箱即用的“產(chǎn)后”數(shù)字孿生應(yīng)用軟件技術(shù)還未成熟。一些專注于離散和流程方面的廠商都在通過(guò)開(kāi)發(fā)、收購(gòu)、生態(tài)合作等渠道，完善自己產(chǎn)品所必須的技術(shù)。對(duì)于流程制造商，我們建議將資產(chǎn)性能管理系統(tǒng)(尤其是那些使用工業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型平臺(tái)來(lái)驅(qū)動(dòng)其解決方案開(kāi)發(fā)或作為其產(chǎn)品核心的系統(tǒng))視為與開(kāi)箱即用的數(shù)字孿生應(yīng)用軟件最接近的產(chǎn)品。而對(duì)于離散制造商，公司可以通過(guò)查看工業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型平臺(tái)和工業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型分析供應(yīng)商來(lái)為這些解決方案提供關(guān)鍵技術(shù)。C3、Hitachi Vantara和Uptake，是少數(shù)一些擁有強(qiáng)大的后期數(shù)字孿生技術(shù)的工業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型平臺(tái)的供應(yīng)商。
2、創(chuàng)建數(shù)字孿生是否需要3D技術(shù)嗎？
同樣，答案是，它取決于所應(yīng)用的場(chǎng)景。
（1）3D是產(chǎn)前數(shù)字孿生的核心。舉例說(shuō)明：如果沒(méi)有3D建模，就幾乎不可能測(cè)試飛機(jī)的抗風(fēng)性；如果沒(méi)有深入了解加工廠的幾何構(gòu)造，也同樣很難模擬加工廠的熱力學(xué)模型。
（2）3D并不是產(chǎn)后數(shù)字孿生的基礎(chǔ)。產(chǎn)前數(shù)字孿生的建成狀態(tài)、維護(hù)狀態(tài)、服務(wù)狀態(tài)以及已使用的數(shù)據(jù)核心通常不是高度圖形化的，因此與其考慮高度圖形化的數(shù)據(jù)，不如考慮及時(shí)且廣泛的大數(shù)據(jù)，諸如遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程操作中心和預(yù)測(cè)維護(hù)等其他產(chǎn)后數(shù)字孿生應(yīng)用程序更多的是與數(shù)據(jù)息息相關(guān)，而不是3D模型。
但也有一種特殊情況—人機(jī)交互：當(dāng)現(xiàn)實(shí)操作人員采用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)和虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)技術(shù)，打造1:1高仿真建模效果可視化場(chǎng)景的時(shí)候，3D建模又是必不可少的。
在有些情況下，3D模型和數(shù)據(jù)結(jié)合分析，可以更好地監(jiān)測(cè)、分析以及預(yù)測(cè)產(chǎn)品性能。例如，可以將工廠的3D模型與收集的腐蝕數(shù)據(jù)相結(jié)合，根據(jù)工廠易腐蝕結(jié)構(gòu)位置以及天氣對(duì)腐蝕速率的影響，分析可能導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)、絕緣材料和涂層材料的變化，提供預(yù)測(cè)維護(hù)工作的最佳時(shí)間點(diǎn)以及維護(hù)周期的參考依據(jù)，從而有效降低腐蝕事故的發(fā)生概率。
3、最重要的是，數(shù)字孿生有商業(yè)價(jià)值嗎？
這是毋庸置疑的。很多工業(yè)企業(yè)與LNS研究公司共享了他們的數(shù)字孿生項(xiàng)目結(jié)果，并表示數(shù)字孿生在產(chǎn)前和產(chǎn)后都幫助他們獲得了可觀的回報(bào)。
（1）產(chǎn)前數(shù)字孿生，其潛在影響可能是具有變革性的商業(yè)價(jià)值。換句話說(shuō)，產(chǎn)前數(shù)字孿生的應(yīng)用給工業(yè)制造帶來(lái)了舉足輕重的影響，即使在停滯的市場(chǎng)中，也能更快速地將產(chǎn)品推向市場(chǎng)，獲得深入的產(chǎn)品洞察力，從而提升制造商的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，這一點(diǎn)使得幾乎所有的工業(yè)巨頭趨之若鶩。(注：這種潛在的變革可能是LNS研究所認(rèn)為PLM市場(chǎng)在最近幾年變得更加活躍的原因)
（2）產(chǎn)后數(shù)字孿生，在傳遞商業(yè)價(jià)值方面也可能具有變革性。一方面，其提供當(dāng)前資產(chǎn)準(zhǔn)確的運(yùn)行狀況，可以幫助制造商評(píng)估、制定更有效的維護(hù)控制策略，改進(jìn)優(yōu)化運(yùn)行性能，最大限度地減少運(yùn)營(yíng)成本；另一方面，對(duì)具體單位表現(xiàn)的詳細(xì)了解可能會(huì)導(dǎo)致運(yùn)營(yíng)模式的變更，從而延長(zhǎng)資產(chǎn)壽命和產(chǎn)出?？偠灾a(chǎn)后數(shù)字孿生對(duì)于資產(chǎn)密集型運(yùn)營(yíng)戰(zhàn)略的調(diào)整起到很大的作用，洞察到的每一個(gè)微小的性能變化都有可能具有巨大的商業(yè)價(jià)值。
打通構(gòu)成數(shù)字孿生的閉環(huán)
在工業(yè)制造中，依托工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，數(shù)字孿生可幫助企業(yè)全面了解從產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)，到生產(chǎn)、上市、直至被使用的全流程。LNS研究公司早期曾發(fā)表講話：產(chǎn)前和產(chǎn)后數(shù)字孿生技術(shù)都提供了可觀且切實(shí)的回報(bào)。目前我們必須要認(rèn)識(shí)到，隨著企業(yè)數(shù)字化進(jìn)程加快，數(shù)字孿生與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合，將為制造業(yè)的提升帶來(lái)更廣闊的想象空間。
寄云科技數(shù)字孿生開(kāi)發(fā)方案
寄云科技為工業(yè)企業(yè)構(gòu)建”產(chǎn)后”數(shù)字孿生提供了基于數(shù)據(jù)智能的完整開(kāi)發(fā)方案。一方面，寄云提供了豐富的工業(yè)數(shù)據(jù)采集和邊緣計(jì)算能力，可以幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)大型設(shè)備實(shí)時(shí)狀態(tài)的采集和狀態(tài)監(jiān)測(cè)；另一方面，針對(duì)大型關(guān)鍵設(shè)備的故障診斷和預(yù)測(cè)，寄云科技提供了豐富的故障庫(kù)，以及基于機(jī)器學(xué)習(xí)的故障診斷、健康評(píng)估和壽命預(yù)測(cè)能力；同時(shí)，還可以提供便捷的工業(yè)數(shù)據(jù)建模工具以及工業(yè)可視化開(kāi)發(fā)工具，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備可靠性、生產(chǎn)性能和效率等關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行深度分析和應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)更全面的數(shù)字孿生。此外，寄云科技還與安世亞太合作開(kāi)發(fā)了將仿真模型和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行融合的解決方案，能夠基于物聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和仿真模型的實(shí)時(shí)計(jì)算，實(shí)現(xiàn)更全面的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和關(guān)鍵指標(biāo)的性能預(yù)測(cè)。
