如果您關注過與產品開發(fā)、預測分析或基于物聯(lián)網的環(huán)境監(jiān)測相關的新聞，那么近年來您很可能聽說過“數(shù)字孿生”或“數(shù)字孿生建模”一詞。但究竟什么是數(shù)字孿生體？用最簡單的術語來說，它是現(xiàn)實世界中存在的物理對象，設備或結構的虛擬表示。
這項創(chuàng)新技術還有更多內容，我們將深入研究其在制造、醫(yī)療保健和供應鏈管理等領域快速發(fā)展的用例的影響。但首先，重要的是要了解是什么導致了對數(shù)字孿生體開發(fā)以及當今用例的廣泛興趣和投資。
數(shù)字孿生體自20世紀60年代以來就已經存在，從概念上講，從2002年開始更廣泛地普及 - 直到最近，這一領域的創(chuàng)新才爆炸式增長。隨著數(shù)字化能力在客戶體驗和運營中變得越來越重要，數(shù)據驅動的洞察已成為推動創(chuàng)新和價值創(chuàng)造的力量。
因此，數(shù)字孿生體開始優(yōu)化產品和流程的開發(fā)和性能。讓我們來探討一下如何做到這一點。
什么是數(shù)字孿生技術？
讓我們從數(shù)字孿生體定義開始。數(shù)字孿生是基于使用連接的傳感器收集的實時數(shù)據的虛擬模型。這些虛擬孿生體，有時被稱為，旨在反映現(xiàn)實世界的對象，機器和過程 - 使系統(tǒng)設計人員和技術人員能夠模擬現(xiàn)實世界系統(tǒng)的物理屬性和性能。
數(shù)字孿生過程創(chuàng)建了一個數(shù)字表示，該表示可以隨著物理版本隨時間的變化而更新，無論它是否受環(huán)境條件的影響或修復。為了捕獲這些變化，對象需要安裝物聯(lián)網傳感器，旨在捕獲和傳輸有關對象或設備的物理特征和性能的數(shù)據。
這些信息可以包括物體的形狀、能量使用情況、材料應力水平、溫度或性能。然后，收集的信息被處理并用于創(chuàng)建或更新虛擬表示。
創(chuàng)建后，數(shù)字孿生體可用于運行兩種類型的模擬：
基于當前：可視化如果當前條件被修改，物理對象將如何反應。
面向未來：運行預測模擬以顯示對未來條件的響應。
數(shù)字孿生的種類有哪些？
總體而言，無論以何種類型進行數(shù)字化表示，數(shù)字孿生體的創(chuàng)建方式（使用物聯(lián)網設備和軟件）都相當一致。
數(shù)字孿生體的復雜性可能很大，因為所需的數(shù)據量取決于虛擬表示的預期用途。通常，組織將創(chuàng)建數(shù)字孿生的初始原型，以確定如何最好地整合所需的所有數(shù)據。常用的數(shù)字孿生體有三種功能類型：
狀態(tài)數(shù)字孿生：用于監(jiān)測物理對象和設備的物理狀況
運營數(shù)字孿生：用于允許用戶根據鏈接的操作或工作流調整操作參數(shù)
模擬數(shù)字孿生：用于預測對象或設備將來如何響應操作條件，這有助于預測性維護和產品開發(fā)
如何使用數(shù)字孿生技術？
由于數(shù)字孿生體設計有如此多的變體，因此也有許多方法可以對這些虛擬副本的設計和功能進行分類。
例如，組織可能需要虛擬孿生的所有這些系統(tǒng)體系結構：
離散數(shù)字孿生：用于可視化、監(jiān)控和分析單個設備
復合數(shù)字孿生體：由多個離散數(shù)字孿生體組成，用于表示具有多個組件的設備或進程
組織的數(shù)字孿生 （DTO）：整個組織的組件和交互的高度復雜的表示
然后，對于這三種數(shù)字孿生系統(tǒng)架構中的任何一種，數(shù)據的使用方式都可以分為五類或兩個級別：
描述性孿生是對象或設備的虛擬表示，可以使用建筑信息建模 （BIM） 軟件的 3D 建模對其進行編輯和分析。
信息孿生將數(shù)字孿生向前推進了一步，并從感興趣對象或設備上的物聯(lián)網傳感器獲取物理和操作數(shù)據，并實時更新虛擬副本以匹配其現(xiàn)實世界的對應物。
預測孿生將用于創(chuàng)建信息孿生的實時數(shù)據與其他上下文數(shù)據和預測分析相結合。這允許建模和基于演示的仿真，可以識別或預測性能或結構完整性問題。
綜合數(shù)字孿生使用更高級的建模來預測所呈現(xiàn)的對象或設備將如何響應尚未發(fā)生的基于未來的場景。用于此類數(shù)字孿生的規(guī)范性分析可以為下一步（例如，維護，產品設計）提供建議。
自主數(shù)字孿生還使用基于未來的模擬以及高級算法，做出人工智能和機器學習（AI / ML）驅動的決策，以根據物體的過去性能或物理條件來響應不斷變化的環(huán)境條件。
目前哪些行業(yè)使用數(shù)字孿生模型？
數(shù)字孿生技術可用于以多種方式創(chuàng)造業(yè)務價值。這完全取決于數(shù)據源的多樣性，功能類型（即離散，復合或DTO）以及所創(chuàng)建的虛擬表示的級別（即描述性，信息性，預測性，全面性或自主性）。
數(shù)字孿生技術可以適應幾乎每個行業(yè)的組織，以及當今使用數(shù)字孿生體的一些行業(yè)，包括Digi為物聯(lián)網產品開發(fā)，網絡，自動化，預測分析和工業(yè)4.0的未來提供技術解決方案的多個垂直空間：
制造業(yè)： 該技術可用于可視化、監(jiān)控和改進工廠車間的制造過程。借助全面或自主的數(shù)字孿生體，組織甚至可以確定避免未來資產損失和收入損失的方法。
醫(yī)療：目前，數(shù)字孿生體最常用于三種類型的醫(yī)療保健用例：
模擬和測試不同的組織和護理服務模式
侵入性外科手術培訓
基因組，生活方式和生理建模，以開發(fā)個性化藥物。
航空航天：數(shù)字孿生實際上首先用于航空航天工程，現(xiàn)在該領域的工程師可以更好地使用預測分析來測試組件和零件的故障，而不會危及昂貴的設備或安全性。
汽車：除了改善汽車行業(yè)的標準制造外，數(shù)字孿生還被用于幫助開發(fā)自動駕駛汽車。自動駕駛汽車需要物聯(lián)網傳感器來收集有關汽車及其環(huán)境狀況的數(shù)據。虛擬副本可用于在各種場景中測試車輛的功能。
建筑和工程：建筑物的數(shù)字孿生體可用于設計更適合其環(huán)境的建筑結構，并監(jiān)控現(xiàn)有建筑物的材料故障，從而降低倒塌風險并支持預測性維護。
數(shù)字孿生技術的一般用例
在實施特定于行業(yè)的用例之前，開發(fā)人員和數(shù)據科學家需要共同努力，以確定需要表示哪些組件。同一個現(xiàn)實世界的對象可能需要截然不同的數(shù)據輸入，具體取決于數(shù)字孿生模型的最終目標：
材料或組件
整個資產或產品
一個系統(tǒng)
一個過程
讓我們探討數(shù)字孿生技術可以幫助加速和改進的三大類用例。
產品開發(fā)與設計
組織在產品開發(fā)和設計方面投入巨資以保持競爭力，特別是在汽車，制藥和制造等行業(yè)。此外，公司一直在尋找在不犧牲質量和產品市場契合度的情況下更快地開發(fā)產品的方法。
數(shù)字孿生體可以幫助改進產品開發(fā)和設計，使產品團隊能夠：
使用虛擬仿真進行壓力測試材料
將物理原型的早期反饋整合到虛擬表示中
一次創(chuàng)建多個產品版本以測試和收集反饋
流程和運營優(yōu)化
當今的組織還希望優(yōu)化其內部流程和運營 - 無論是在工廠車間，供應鏈還是企業(yè)資源規(guī)劃。創(chuàng)建數(shù)字孿生體可以幫助公司更好地：
分析生產結果并規(guī)劃提高生產力和效率的方法
識別浪費和浪費時間的領域，并測試如何減少浪費和浪費時間的模擬
實施預測性維護或自主操作，保護貴重設備、系統(tǒng)或流程免受代價高昂的損壞或停機
環(huán)境監(jiān)測與災害應對
通過開發(fā)制造、農業(yè)或供應鏈流程的數(shù)字孿生體，當環(huán)境條件或設備故障使其現(xiàn)場和員工暴露于不安全條件或使當?shù)丨h(huán)境面臨風險時，組織可以更快地做出響應。使用更復雜的數(shù)字孿生體啟用的警報還可以幫助現(xiàn)場經理和員工快速有效地做出響應，以降低災難發(fā)生時對公共衛(wèi)生和環(huán)境安全的風險。
數(shù)字孿生技術的價值是什么？
預計未來幾年，全球數(shù)字孿生技術市場將繼續(xù)呈爆炸式增長，預計從2022年到2027年的復合年增長率（CAGR）為31.7%。這是因為使用數(shù)字孿生模型不僅可以提高生產力和效率，還可以幫助加速創(chuàng)新。
通過數(shù)字孿生提高生產力和效率
在無窮無盡的場景中，創(chuàng)建數(shù)字孿生體可以提供洞察力和價值。隨著人工智能建模和支持物聯(lián)網的數(shù)據收集的進步，公司可以更好地預測產品、設備和流程將如何對新的環(huán)境條件或壓力源做出反應。
公司無需創(chuàng)建昂貴的原型來測試或在事件發(fā)生后做出反應，而是可以探索虛擬環(huán)境中的潛在影響。這導致以更低的成本實現(xiàn)價值的速度 - 這正是近年來數(shù)字孿生快速增長的原因。
使用數(shù)字孿生加速創(chuàng)新
盡管數(shù)字孿生體被用來代表已經存在的東西，但實際上，它們是實現(xiàn)尚未實現(xiàn)的創(chuàng)新的最佳途徑之一。創(chuàng)建數(shù)字孿生體使產品設計師、開發(fā)人員、工程師和數(shù)據科學家能夠協(xié)作并設想材料、產品或流程的未來版本，同時還可以模擬各種場景來評估性能。
因此，數(shù)字孿生技術可以幫助組織確定采取哪些途徑來實現(xiàn)創(chuàng)新，并以更少的時間、精力和成本更快地交付價值。
數(shù)字孿生與智慧城市的未來
如今，各行各業(yè)的公司都投入巨資尋找綠色技術解決方案，以減少對環(huán)境的影響，提高生產力，同時降低運營成本。公司需要支持物聯(lián)網的解決方案來支持許多最有效的可持續(xù)發(fā)展解決方案，這些解決方案可以幫助他們減少對環(huán)境的影響，并在災難發(fā)生時避免或做出響應。
