數(shù)字孿生“獨木難支”產(chǎn)業(yè)元宇宙

ChatGPT的耀眼光環(huán)下，還有多少人記得大明湖畔的“元宇宙”呢？科技圈涼薄如斯?。?/p>

元宇宙概念大火之后，很快出現(xiàn)了各種“XX元宇宙”的產(chǎn)業(yè)級解決方案。

工業(yè)元宇宙，構(gòu)建智能數(shù)字孿生體，實現(xiàn)生產(chǎn)運行可視化、數(shù)據(jù)追溯、故障點精確定位、遠程操控、診斷恢復(fù)等功能；

農(nóng)業(yè)元宇宙，主要應(yīng)用是數(shù)字孿生農(nóng)業(yè)，在種植基地部署傳感器，根據(jù)物理系統(tǒng)傳回的信息來推演作物生產(chǎn)狀況，為打頂、通風(fēng)、補光等措施提供了最優(yōu)決策方案；

城市元宇宙，韓國宣布把首爾建立成為一個元宇宙城市，構(gòu)建城市的數(shù)字孿生體，自然景觀、人文景觀等都被鏡像化，市民可以在“虛擬市長辦公室、首爾金融科技實驗室、首爾投資和首爾校園城”等數(shù)字空間里，享受相關(guān)公共服務(wù)。

當前的產(chǎn)業(yè)元宇宙解決方案，掰開了揉碎了，寫著四個大字——數(shù)字孿生。

然而問題來了，元宇宙是多項技術(shù)疊加的產(chǎn)物，包括人工智能、量子計算、物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字孿生、云計算、6G、虛擬現(xiàn)實交互技術(shù)等，其中數(shù)字孿生只負責(zé)生成物理世界的數(shù)字鏡像。

簡單來說，數(shù)字孿生（Digital Twin）就是在虛擬空間中，構(gòu)建物理實體的“克隆體”，還原現(xiàn)實世界中的場景，從而支持人們對物理實體進一步了解、分析和優(yōu)化決策。

坦率地說，這個技術(shù)概念并不算新，在航空設(shè)計、汽車制造、建筑工程等領(lǐng)域都已經(jīng)應(yīng)用了很多年了，甲骨文、IBM等服務(wù)商很早就提供相關(guān)能力。

怎么產(chǎn)業(yè)元宇宙的舞臺搭起來，最叫座的主角不是AIGC、不是VR/AR，而是這個2002年就誕生的技術(shù)呢？敲鑼打鼓的行情背后，真相究竟如何呢？

數(shù)字孿生，沒有想象得那么美

作為一個包羅萬象的宏大概念，產(chǎn)業(yè)元宇宙要打動政企客戶，數(shù)字孿生技術(shù)成了拉近距離的那根繩子。相比看不見摸不著的AI、云計算，尚未規(guī)模商用的VR、量子計算、6G，數(shù)字孿生產(chǎn)品在應(yīng)用中久經(jīng)考驗，又與虛實融合、全局數(shù)字化的趨勢高度契合，確實非常契合。

所以，在其他技術(shù)“靠不住”的情況下，目前，就由數(shù)字孿生獨自撐起了產(chǎn)業(yè)元宇宙的舞臺。

一位企業(yè)軟件市場的資深從業(yè)者告訴我們，工業(yè)元宇宙也是把多項技術(shù)融合在一起，但它的主干是數(shù)字孿生，只有數(shù)字化建模以后才能利用VR/AR做遠程控制、遠程的交付以及后項服務(wù)，利用市場上的很多開源引擎如Unity，和3D建模技術(shù)，就能實現(xiàn)物理模型的數(shù)字化建模。

數(shù)字孿生已經(jīng)在很多情景下應(yīng)用，問題也暴露了出來：

需求方面：不是所有實體都需要建模。

中國工程院李德仁院士曾說過，隨著元宇宙的火爆，數(shù)字孿生概念也隨之被熱捧。但不應(yīng)將二者混為一談，數(shù)字孿生是通過網(wǎng)絡(luò)空間的模擬、仿真等還原真實世界并影響現(xiàn)實生活，是要對地球負責(zé)的。

也就是說，建模不是目的，有價值的建模才是企業(yè)使用這項技術(shù)的目的。

數(shù)字孿生的核心價值，是“虛擬世界多次迭代，物理世界一次成功”，通過模擬來低成本試錯，比如對飛機的模擬，測試氣壓、氣流、溫差給飛機機械構(gòu)造帶來的實時影響，預(yù)先感知到飛機故障；電廠礦山的模擬，需要及時分析、識別和優(yōu)化生產(chǎn)情況的情況，對意外情況實時預(yù)警，做到“治病于微發(fā)”。

這就要求數(shù)字孿生體不能是靜止的，要能實時體現(xiàn)物理場景的動態(tài)演進過程。

而在實際操作過程中，很多所謂的數(shù)字孿生項目，只是做了個一比一的3D模型而已，并不能反映實時變化。我走訪過一個水廠，將全市的建筑物、道路、自來水管道、調(diào)壓器等生產(chǎn)設(shè)備，進行了數(shù)字孿生，用一個大屏幕呈現(xiàn)出來，但生產(chǎn)數(shù)據(jù)和設(shè)備信息都沒有實時更新，只在接待媒體的時候展示一下。

一位工業(yè)軟件行業(yè)從業(yè)者直言，工業(yè)+數(shù)字孿生，行業(yè)內(nèi)普遍的水平還只是借助于數(shù)據(jù)采集，借助于可視化，借助于3D建模，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的在線化，還沒有辦法實現(xiàn)虛實世界的雙向操控。

（數(shù)字孿生礦山）

效果方面：不是所有數(shù)字孿生都能保真。

某軟件服務(wù)商曾幫助長三角某供應(yīng)鏈集群，通過工業(yè)元宇宙+工業(yè)大數(shù)據(jù)+工業(yè)云平臺等，建立一個區(qū)域內(nèi)的數(shù)字化制造產(chǎn)業(yè)地圖。方案執(zhí)行下去才發(fā)現(xiàn)，一方面企業(yè)并不愿意把數(shù)據(jù)分享出來，而且數(shù)據(jù)質(zhì)量是參差不齊的，一下子拿到這些數(shù)據(jù)，也不能直接應(yīng)用。

而數(shù)字孿生，要求的是盡可能逼真的映射和“表達”，只有數(shù)據(jù)準確地反映物理實體的所有細節(jié)，模型高度仿真，才能為后續(xù)的分析、決策、預(yù)警提供精準可靠的依據(jù)。

實際落地中，一些數(shù)字孿生系統(tǒng)僅僅是通過相機拍照或衛(wèi)星圖像，構(gòu)建的模型精度很低，外觀都做不到一比一復(fù)刻，只能看出一些粗略的示數(shù)，更無法映射一對多、多對一、多對多等多元化的對應(yīng)關(guān)系。這種低精度的模型，很難充分反映真實的物理情況，也無法讓多個數(shù)字孿生體在各種場景下進行虛擬測試和反復(fù)迭代，因此實用價值并不高。

價值方面：投入產(chǎn)出比ROI無法保證。

投入大、收益小，是很多企業(yè)在應(yīng)用數(shù)字孿生之后才發(fā)現(xiàn)的。

投入體現(xiàn)在多個方面，數(shù)字孿生系統(tǒng)要存儲和分析傳感器感知或系統(tǒng)生成的所有數(shù)據(jù)，一個龐大工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)、城市交通系統(tǒng)，所需要的算力、存力、網(wǎng)絡(luò)能力都是驚人的。

我曾去過一個四線城市的工廠，在生產(chǎn)車間部署了高清智能攝像頭，但因為設(shè)備產(chǎn)生的圖像太大，廠房里的網(wǎng)絡(luò)卻沒有同步升級，帶寬不大，數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r候非?？ǎ緹o法支持系統(tǒng)實時分析，最后這些攝像頭大部分時候都是關(guān)閉的。

而付出了如此大的成本，企業(yè)能得到的回報卻相對有限。

很多企業(yè)管理者和工程師能看到大屏幕上一堆數(shù)字在跑，但效率優(yōu)化的幅度非常有效。某汽車零部件制造企業(yè)，在生產(chǎn)線引入了數(shù)字孿生之后發(fā)現(xiàn)，設(shè)備開動率只提升了5%，設(shè)備維護人力成本節(jié)約了13%。

所以數(shù)字孿生在很長一段時間內(nèi)，被用于飛機制造、戰(zhàn)斗機維護、宇航員訓(xùn)練、汽車設(shè)計等領(lǐng)域，業(yè)務(wù)價值更大、物理實驗昂貴、數(shù)據(jù)和知識積累深厚，而很多非數(shù)字原生企業(yè)，本身就基礎(chǔ)知識庫匱乏，數(shù)據(jù)質(zhì)量差，缺乏行業(yè)知識圖譜，引入數(shù)字孿生之后，全局數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)場景的關(guān)聯(lián)不大，無法支持企業(yè)做出最佳決策。

盡管數(shù)字孿生在實際落地中的業(yè)務(wù)價值有限，但沒錯過一個風(fēng)口。每次都能穩(wěn)穩(wěn)地蹭上新基建、AI產(chǎn)業(yè)化、云計算、元宇宙等概念的熱點，跟著火一把，這是怎么回事呢？

數(shù)字孿生“長紅”體質(zhì)的幕后推手

智慧城市如火如荼，數(shù)字孿生城市火了；

新基建迎來風(fēng)口，數(shù)字孿生被工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)帶著一起飛升；

產(chǎn)業(yè)智能化方興未艾，數(shù)字孿生跟AI+云計算也能組cp；

元宇宙炸裂登場，虛實融合直接利好數(shù)字孿生；

這么一看，數(shù)字孿生確實是有點“紅命”在身上。為什么理想中完美的數(shù)字孿生并沒有普及，甚至有些數(shù)字孿生體并不靠譜，但它就是一直能夠為產(chǎn)業(yè)服務(wù)市場所接受呢？

如果把數(shù)字孿生看成是一個明星，它能一直“走花路”，背后有三個推手：

推手一：“時代”這名“導(dǎo)演”

都說“小紅靠捧，大紅靠命”，大時代從每個人身上碾過，恰好合它的眼緣，便將人的機遇往高送上一程。

數(shù)字孿生天生具有雙向通路的特質(zhì)，是連接物理世界與數(shù)字世界的橋梁。通過仿真運行，可以由實到虛，在數(shù)字世界場景里實現(xiàn)對現(xiàn)實世界的全域感知鏡像。具有管控操作的能力，可以以虛控實，實現(xiàn)對現(xiàn)實世界的全面監(jiān)控、有序管理和智能操控。

AI、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)為核心的新一代信息技術(shù)體系已經(jīng)集結(jié)完成，全球正式進入了以智能化、數(shù)字化為牽引的第四次工業(yè)革命。工業(yè)4.0、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、智能制造……這些產(chǎn)業(yè)概念都明確提出了物理世界與數(shù)字世界的融合，所以只要它們被提到，被上升到科技戰(zhàn)略，就會帶動數(shù)字孿生，賦予很多想象和可能性，吸引轉(zhuǎn)型期間的企業(yè)積極嘗試。

推手二：綜合服務(wù)商的“經(jīng)紀人”

大量云廠商、服務(wù)集成商，將數(shù)字化所需要的AI應(yīng)用、云算力、網(wǎng)絡(luò)能力、IoT、大數(shù)據(jù)、存儲、運維等，通過大型解決方案的形式，相當于“打包售賣”，一同交付給用戶。

這種整合模式，也讓數(shù)字孿生的各項成本大幅減少，比如數(shù)據(jù)全局化需要的存算力都放到云上，按量按需使用，與多個數(shù)字化軟硬件系統(tǒng)高度整合，加上集成服務(wù)商的定制化能力，使得數(shù)字孿生的業(yè)務(wù)價值前所未有地增大。

舉個例子，某企業(yè)服務(wù)商在打造園區(qū)數(shù)字化方案時，就在橫向，借助于BIM+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)+數(shù)字孿生，把物理空間的園區(qū)數(shù)字化；縱向，把產(chǎn)業(yè)鏈上下游包括數(shù)據(jù)集成到系統(tǒng)集成，打造端到端的服務(wù)平臺，這個數(shù)字化底座支持數(shù)據(jù)孿生實現(xiàn)更可靠更高效的操作。

與相關(guān)技術(shù)的配套拓展、深入融合，讓數(shù)字孿生的應(yīng)用落地有了綜合優(yōu)勢。

推手三：產(chǎn)業(yè)客戶“金主”

今天通過云來進入數(shù)字化能力的產(chǎn)業(yè)用戶，有多少呢？可以看到，城市管理、礦產(chǎn)能源、工業(yè)制造等這些非數(shù)字原生的“重型企業(yè)”，需要通過云來接入AI等技術(shù)，降本增效。和互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)相比，這些“金主”的生產(chǎn)制造活動都是在物理空間進行的，產(chǎn)品、裝備、產(chǎn)線、工廠、建筑、道路都可以構(gòu)建數(shù)字孿生模式，推動數(shù)據(jù)融合，釋放數(shù)據(jù)價值，虛實融合的需求與智能化需求相疊加。此外，產(chǎn)業(yè)客戶一般采用POC（Proof of Concept）項目建設(shè)模式，數(shù)字化工程的周期長、分步驟進行，先劃定業(yè)務(wù)場景或?qū)嶒瀸ο?，小范圍地?dǎo)入和實施，驗證系統(tǒng)方案是否滿足需求，再向前推進。

數(shù)字化大屏的“一盤棋”“一張網(wǎng)”“一張圖”對全局數(shù)據(jù)三維立體建模，用可視化的方式呈現(xiàn)出來，讓人們能夠看得見“數(shù)字化”的效果，為下一階段業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)化、決策智能化提供支撐。這種交付模式也是比較利好數(shù)字孿生技術(shù)的。

可以說，數(shù)字孿生能夠持續(xù)紅下去，既有時也運也的幸運，也與中國產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的趨勢有關(guān)。

也正如此，數(shù)字孿生在中國的落地應(yīng)用，不像傳統(tǒng)工業(yè)軟件的商業(yè)模式，有兩個特點：

一是與服務(wù)的高度捆綁。企業(yè)開展數(shù)字孿生的目的是提高核心競爭力，數(shù)字孿生要為降本增效提質(zhì)而服務(wù)，與數(shù)字化轉(zhuǎn)型方法論的咨詢服務(wù)一起，整體上盤點整個業(yè)務(wù)的狀況，幫企業(yè)做好規(guī)劃，然后提供解決方案，最終在交付過程中不斷迭代優(yōu)化，這樣才能保障數(shù)字孿生對企業(yè)是有價值的，避免盲目追求高大上的可視化效果，為了數(shù)字孿生而數(shù)字孿生。

二是高度垂直的定制化。產(chǎn)業(yè)服務(wù)的細分領(lǐng)域很多，有很強的行業(yè)know-how的壁壘，比如工業(yè)領(lǐng)域，流程制造和離散制造就是兩個截然不同的行業(yè)。離散制造企業(yè)，數(shù)字戰(zhàn)略優(yōu)先級最高的是利用物聯(lián)網(wǎng)來實現(xiàn)設(shè)備上云，其次才是設(shè)備維護、維修備品等功能，這就要求數(shù)字孿生系統(tǒng)實現(xiàn)對設(shè)備狀態(tài)和行為高保真度的數(shù)字化表征。而流程制造企業(yè)，非常注重生產(chǎn)的連續(xù)性，數(shù)字孿生的首要價值是保障安全生產(chǎn)，實現(xiàn)全幀互聯(lián)，構(gòu)建整合制造流程的生產(chǎn)系統(tǒng)模型，進行運行全過程的監(jiān)控和故障診斷?？偟膩碚f，工程師要針對不同的行業(yè)不同的制造環(huán)境、不同的產(chǎn)品需求來制定數(shù)字孿生的目標。

寫在最后，我們可以看到，任何技術(shù)的生命力，都不僅僅是因為它蹭上了什么熱點，跟上了哪個風(fēng)口，而是給業(yè)務(wù)帶來的真實價值。產(chǎn)業(yè)元宇宙也好，數(shù)字孿生也好，不要過度夸大和想象這些新概念、新工具的價值。

產(chǎn)業(yè)數(shù)字化沒有“金手指”，不可能光憑一個或幾個技術(shù)就能一路坦途；產(chǎn)業(yè)數(shù)字化也有無限可能，讓還不成熟的技術(shù)擁有機會，將看似不可能的事情變成可能。數(shù)字孿生的產(chǎn)業(yè)掘金之路剛剛開始，希望你也是。