數(shù)字孿生已經(jīng)成為企業(yè)戰(zhàn)略的主流概念和趨勢(shì)。所謂數(shù)字孿生，其名稱來源于公司構(gòu)建物理對(duì)象的虛擬副本（雙胞胎）的方式。這些數(shù)字副本越來越受歡迎，因?yàn)樗鼈兛捎糜隍?qū)動(dòng)迄今為止無法實(shí)現(xiàn)的重要模擬任務(wù)。
數(shù)字仿真激發(fā)了人們對(duì)數(shù)字孿生的興趣
觀察家們看到了對(duì)多物理場仿真的巨大需求，這些仿真可提供跨不同物理領(lǐng)域（如電子、結(jié)構(gòu)和熱量）的整體視圖。這對(duì)于噪聲和振動(dòng)等領(lǐng)域至關(guān)重要。頂級(jí)仿真技術(shù)包括計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)、多體系統(tǒng)(MBS)或有限元分析(FEA)技術(shù)。
仿真在制造業(yè)中越來越重要。ABI Research首席分析師Michael Larner指出，模擬軟件已經(jīng)成為制造商的保險(xiǎn)單。他說，供應(yīng)商社區(qū)就可以部署的算法展開軍備競賽。這種“保險(xiǎn)”使他們能夠應(yīng)對(duì)消費(fèi)者需求的快速變化和供應(yīng)鏈中斷，例如目前阻礙汽車行業(yè)的芯片短缺。ABI預(yù)測(cè)，到2030年，制造業(yè)的仿真技術(shù)將以7.1%的速度增長，達(dá)到26億美元。
其他人則希望看到用于改進(jìn)運(yùn)營各個(gè)方面的模擬優(yōu)化，特別是隨著渲染模型的全方位興起——指的是使用諸如VR和AR、自動(dòng)數(shù)據(jù)標(biāo)記、人工智能驅(qū)動(dòng)的物理、并改善供應(yīng)鏈。
數(shù)字仿真影響數(shù)字孿生的方式
1.全方位協(xié)作
Blackshark首席執(zhí)行官兼聯(lián)合創(chuàng)始人Michael Putz表示：“未來三到五年，仿真和建模工具最激動(dòng)人心的發(fā)展將是全世界的進(jìn)化。”一些更令人興奮的改進(jìn)將涉及用于重建建筑物的AI建模、實(shí)時(shí)標(biāo)記和AI框架。頂級(jí)的omniverse用例將結(jié)合模擬和協(xié)作，用于城市規(guī)劃、位置偵察、建筑驗(yàn)收、物流、無人機(jī)飛行規(guī)劃和保險(xiǎn)。
2.用更少的數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)
深度偽造中使用的生成式AI技術(shù)在改進(jìn)和優(yōu)化用于不同數(shù)字孿生的模擬模型方面也越來越好。正如NASA JPL首席技術(shù)和創(chuàng)新官Chris Mattmann指出，“關(guān)鍵是在對(duì)標(biāo)記訓(xùn)練數(shù)據(jù)的需求和數(shù)字孿生環(huán)境的真實(shí)環(huán)境模擬之間取得平衡。”他預(yù)測(cè)將有更多的人采用合成數(shù)據(jù)技術(shù)，以減少人工標(biāo)記來提高模型的準(zhǔn)確性和有效性。
3.彌補(bǔ)物理學(xué)中的空白
建模和仿真工具正在改進(jìn)，使用人工智能從物理工業(yè)過程中捕獲的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)構(gòu)建物理模型。Nnaisense的首席執(zhí)行官兼聯(lián)合創(chuàng)始人Faustino Gomez指出，來自傳統(tǒng)物理模型的數(shù)字孿生太慢，無法實(shí)時(shí)用于涉及化學(xué)和流體動(dòng)力學(xué)的復(fù)雜過程。例如，Nnaisense與EOS GmbH合作開發(fā)了一個(gè)數(shù)字孿生模型，用于在沒有明確物理模型的情況下對(duì)增材制造過程中的熱量進(jìn)行建模。這些模型可以實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)重要現(xiàn)象，而不是幾天。他認(rèn)為彌合物理差距的頂級(jí)AI算法包括幾何深度學(xué)習(xí)、神經(jīng)常微分方程(ODE)模型和對(duì)比學(xué)習(xí)。
4.推理模型模擬可制造性
數(shù)字孿生模擬傳統(tǒng)上側(cè)重于模擬產(chǎn)品性能特征。在制造過程中嵌入的傳感器能夠幫助人們開發(fā)出能夠模擬影響質(zhì)量、成本和組裝難易度的制造要素的可行性推理模型。Tempo Automation的首席產(chǎn)品官Jeff Kowalski表示，推理建模技術(shù)通過直接觀察使生成數(shù)字孿生模型的過程自動(dòng)化。這減少了手工制作模型規(guī)則的人力。它還可以根據(jù)環(huán)境的變化自動(dòng)更新模型。
5.改進(jìn)自治系統(tǒng)
更好的數(shù)字孿生還可以改進(jìn)指導(dǎo)自動(dòng)駕駛汽車、船舶、叉車甚至工廠的模型。Kalypso數(shù)據(jù)科學(xué)主管Jordan Reynolds指出，“自主系統(tǒng)性能的重大進(jìn)步歸功于模型預(yù)測(cè)控制(MPC)，這是一種數(shù)字孿生方法，可模擬復(fù)雜系統(tǒng)如何響應(yīng)操作輸入和環(huán)境變化。”這些模型用于模擬動(dòng)態(tài)系統(tǒng)行為并在物理世界中自主控制這些系統(tǒng)。MPC還用于模擬COVID-19的傳播并確定加速其下降的最佳干預(yù)措施。
6.模擬編排
模擬容器有望建立在支持敏捷軟件開發(fā)和部署實(shí)踐的應(yīng)用程序容器的成功基礎(chǔ)上。AVEVA的XR首席技術(shù)專家Maurizio Galardo預(yù)計(jì)，仿真工具正在從幫助產(chǎn)品設(shè)計(jì)解決具體問題，向提供完整的產(chǎn)品設(shè)計(jì)“容器”轉(zhuǎn)變，這些容器化的模擬設(shè)計(jì)微服務(wù)可以在不同的設(shè)計(jì)、模擬和生產(chǎn)工作流程中重復(fù)使用。
7.系統(tǒng)的創(chuàng)成式設(shè)計(jì)
衍生式設(shè)計(jì)技術(shù)從一組起始規(guī)范中自動(dòng)提出設(shè)計(jì)建議。PTC產(chǎn)品管理副總裁Paul Sagar解釋說，工程師傳統(tǒng)上使用衍生式設(shè)計(jì)來創(chuàng)建和優(yōu)化單個(gè)零件。他預(yù)計(jì)算法和處理能力的改進(jìn)將解決圍繞模擬完整組件的更廣泛問題，例如使用完整汽車的數(shù)字孿生了解化油器的性能。
8.產(chǎn)品的工程業(yè)務(wù)一體化
計(jì)算能力和互操作性的改進(jìn)正在迎來結(jié)合業(yè)務(wù)和技術(shù)模擬技術(shù)的數(shù)字雙胞胎。德勤咨詢國家新興技術(shù)研究總監(jiān)Scott Buchholz解釋說：“數(shù)字孿生對(duì)于模擬從銷售小部件到銷售即服務(wù)的變化非常有用。”例如，普利司通使用數(shù)字孿生來優(yōu)化車隊(duì)的每英里成本、維護(hù)和輪胎選擇。這有助于業(yè)務(wù)團(tuán)隊(duì)將輪胎里程作為一項(xiàng)服務(wù)進(jìn)行銷售，并圍繞壽命和維護(hù)策略調(diào)整工程決策，以改進(jìn)這種新的業(yè)務(wù)模式。
