數(shù)字孿生技術(shù)是如何快速崛起的

（文章來(lái)源：雷鋒網(wǎng)）

Gartner十大被期待的技術(shù)之一，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)皇冠上的明珠，數(shù)十億市場(chǎng)規(guī)模，由工業(yè)場(chǎng)景邁向城市，GE、西門子、微軟、阿里巴巴重點(diǎn)布局——這就是數(shù)字孿生（Digital Twin）的基本面。2019年以來(lái)有兩次A股熱炒的概念，一是邊緣計(jì)算，另一個(gè)就是數(shù)字孿生，多支相關(guān)股票出現(xiàn)漲停。尤其是當(dāng)波音737MAX8型飛機(jī)出現(xiàn)嚴(yán)重墜毀事故以及法國(guó)巴黎圣母院被焚毀，圍繞數(shù)字孿生技術(shù)的討論更是掀起高潮。

從資本投入力度上看，中國(guó)智慧城市技術(shù)相關(guān)投資達(dá)到 208 億美元（僅次于美國(guó)）。而數(shù)字孿生城市的提出，無(wú)疑為智慧城市建設(shè)注入了新的活力：帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)研發(fā)投入，促進(jìn)地方政府加大對(duì)智慧城市的建設(shè)投資。目前來(lái)看，大廠入局，工業(yè)場(chǎng)景啟用，但整體賽道還略顯稚嫩，各路玩家仍處在探索自己技術(shù)和商業(yè)法則的建立階段，遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)到到實(shí)力PK的競(jìng)爭(zhēng)期。

畢竟，這一概念被引進(jìn)國(guó)內(nèi)才幾年時(shí)間，距離廣泛應(yīng)用還比較早期，智慧城市主賽道是城市大腦及各種城市級(jí)應(yīng)用，包括數(shù)字政府。數(shù)字孿生將會(huì)是一塊有著巨大利益點(diǎn)的蛋糕，非常之誘人。數(shù)字孿生這一概念誕生在美國(guó)，時(shí)間在2002年，提出者是密歇根大學(xué)教授Dr. Michael Grieves。

他在一篇文章中首次提到“Digital Twin”，并認(rèn)為通過(guò)物理設(shè)備的數(shù)據(jù)，可以在虛擬（信息）空間構(gòu)建一個(gè)可以表征該物理設(shè)備的虛擬實(shí)體和子系統(tǒng)，并且這種聯(lián)系不是單向和靜態(tài)的，而是在整個(gè)產(chǎn)品的生命周期中都聯(lián)系在一起。而將這種理念付諸實(shí)踐的則是NASA，比如為其阿波羅計(jì)劃開(kāi)發(fā)了兩種相同的太空飛行器，以反映地球上太空的狀況，進(jìn)行訓(xùn)練和飛行準(zhǔn)備。

洛克希德·馬丁公司視數(shù)字孿生為未來(lái)國(guó)防工業(yè)6大頂尖技術(shù)之首，美國(guó)GE（通用）公司已為每個(gè)引擎、每個(gè)渦輪、每臺(tái)核磁共振創(chuàng)造了一個(gè)數(shù)字孿生體，通過(guò)這些擬真的數(shù)字化模型，在虛擬空間調(diào)試、實(shí)驗(yàn)，以讓機(jī)器的運(yùn)行效果達(dá)到最佳。此前，Gartner發(fā)布了2019年十大戰(zhàn)略性技術(shù)趨勢(shì)，這些趨勢(shì)并非概念技術(shù)，而是已經(jīng)有了決定性的突破，將發(fā)展成更廣泛的應(yīng)用，其高度波動(dòng)性在未來(lái)五年內(nèi)達(dá)到臨界點(diǎn)。

這些趨勢(shì)中包括人工智能、數(shù)字孿生、邊緣計(jì)算、量子計(jì)算、沉浸式技術(shù)、區(qū)塊鏈、智能空間等，同時(shí)這些技術(shù)之間的聯(lián)系越來(lái)越緊密。Gartner Fellow兼副總裁David Cearley認(rèn)為，無(wú)處不在的智能設(shè)備提供各種基于大數(shù)據(jù)的貼心服務(wù)，將是科技的未來(lái)。Gartner稱之為Intelligent Digital Mesh。何為數(shù)字孿生？ 以虛控實(shí)的仿真過(guò)程對(duì)于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的人士來(lái)說(shuō)，數(shù)字孿生一詞已經(jīng)是老生常談。

根據(jù)國(guó)際統(tǒng)一的定義，數(shù)字孿生是充分利用物理模型、傳感器更新、運(yùn)行歷史等數(shù)據(jù)，集成多學(xué)科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過(guò)程，在虛擬空間中完成映射，從而反映相對(duì)應(yīng)的實(shí)體裝備的全生命周期過(guò)程。理解下來(lái)，數(shù)字孿生是一種超越現(xiàn)實(shí)的概念，可以被視為一個(gè)或多個(gè)重要的、彼此依賴的裝備系統(tǒng)的數(shù)字映射系統(tǒng)。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是絕對(duì)的第一大場(chǎng)景，比如機(jī)器安裝、產(chǎn)線安裝，建立一個(gè)生產(chǎn)環(huán)境的虛擬版本，整個(gè)環(huán)境都是要用數(shù)字化的方式來(lái)描述。這迎合的是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)數(shù)字化大背景。在該技術(shù)之下，工程師不僅能看到產(chǎn)品外部變化，更使內(nèi)部零件動(dòng)態(tài)的觀察成為可能。例如，通過(guò)數(shù)字3D模型，我們可以看到汽車在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的每一個(gè)零部件、線路、各種接頭的每一次變化，從而可以對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)。

目前主流的西門子、GE、施耐德等廠商早已在使用這套技術(shù)來(lái)優(yōu)化工業(yè)流程。一直以來(lái)，有個(gè)“工業(yè)領(lǐng)域 1%的革命”說(shuō)法：生產(chǎn)效率提升1%，成本減少300億。這可以通過(guò)GE公司的 245000美元的故事說(shuō)起。

在GE的工廠里，發(fā)電廠的汽輪機(jī)推力軸承改變了位置，使汽輪機(jī)的軸向位移從-0.29 mm變?yōu)?0.445mm。這個(gè)移動(dòng)量等于單個(gè)睫毛的寬度，并且仍在安全的操作參數(shù)范圍內(nèi)。但是，汽輪機(jī)要承受極端的溫度、壓力和作用力，即使微小的變化也可能造成巨大的損失。

但是在沒(méi)有干預(yù)的情況下，止推軸承將繼續(xù)移動(dòng)，軸向位移繼續(xù)移動(dòng)。等到工廠控制中心響起警報(bào)并發(fā)現(xiàn)偏差時(shí)，損壞已經(jīng)造成：渦輪機(jī)必須脫機(jī)、零件將需要更換、電力生產(chǎn)數(shù)據(jù)將丟失。電力生產(chǎn)商的總成本是 245000美元。幸運(yùn)的是，對(duì)于電力生產(chǎn)商來(lái)說(shuō)，這是他們不必支付的成本。位于巴黎的GE 數(shù)字工業(yè)管理服務(wù)中心的工程師使用汽輪機(jī)的“數(shù)字孿生系統(tǒng)”觀察到了偏差，并進(jìn)行了提前預(yù)測(cè)，確保巨大損失無(wú)從發(fā)生。

截至2018年，GE已經(jīng)擁有120萬(wàn)個(gè)數(shù)字孿生體，可以處理300000種不同類型的設(shè)備資產(chǎn)。此外，據(jù)Gartner稱：“到2021年，一半的大型工業(yè)公司將使用數(shù)字孿生，從而使這些組織的有效性提高10%。”細(xì)想，這將是巨大的開(kāi)支節(jié)省，也相當(dāng)于是變相盈利了。在國(guó)內(nèi)，樹(shù)根互聯(lián)、研華科技、軟通動(dòng)力等均在布局。
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