人們對數(shù)字孿生的炒作最近開始達到頂峰。與許多其他有前途的技術(shù)一樣，這種興趣的增加在很大程度上可以解釋為計算能力、云、大數(shù)據(jù)應用和物聯(lián)網(wǎng)傳感器可使用性方面的進步。憑借處理海量數(shù)據(jù)的能力，現(xiàn)在可以更細致地模擬產(chǎn)品和流程，而這就是數(shù)字孿生的全部意義所在。

什么是數(shù)字孿生？

簡而言之，數(shù)字孿生是物理實體的數(shù)字復制品。該物理實體的輪廓是使用無數(shù)數(shù)據(jù)點生成的，安裝在實體上的傳感器捕捉這些數(shù)據(jù)點，并將其發(fā)送到基于云的系統(tǒng)進行進一步分析。簡單來說，數(shù)字孿生由4種技術(shù)構(gòu)成：

· 物聯(lián)網(wǎng)傳感器收集有關物理實體的數(shù)據(jù)

· XR 以 3D 形式可視化物理實體

· 物聯(lián)網(wǎng)傳感器收集的數(shù)據(jù)存儲在云中

· 人工智能和機器學習用于分析物理實體數(shù)據(jù)、生成洞察并做出預測

數(shù)字孿生在現(xiàn)代工廠中的作用

在制造業(yè)中，數(shù)字孿生的主要好處是能夠自動提供關于設備或產(chǎn)品性能的全面信息，而無需員工參與。更重要的是，利用當今的計算能力，工廠可以使用先進的機器學習算法快速分析物理孿生提供的數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)化為可操作的見解。在數(shù)字孿生出現(xiàn)之前，這樣的制造業(yè)控制水平是無法實現(xiàn)的。

制造業(yè)是一個看起來很復雜的行業(yè)。工廠通常具有高度復雜的機械部件，它們不斷地相互作用。這種復雜性使我們無法了解生產(chǎn)現(xiàn)場哪些地方需要改進，以及如何改進。

但由于工廠安裝了數(shù)千個傳感器，并不斷將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)字孿生系統(tǒng)，制造商可以積累有關系統(tǒng)性能的重要見解，并對工廠的工作流程進行循證調(diào)整。更重要的是，現(xiàn)代傳感器可以收集從濃度和溫度到工廠一般環(huán)境條件等各種特征的數(shù)據(jù)。

借助傳感器，數(shù)字孿生可以監(jiān)測制造工廠以外的資產(chǎn)。例如，汽車工廠可以評估各種汽車部件在極端條件下的磨損或性能。這些見解可用于增強未來的產(chǎn)品設計。數(shù)字孿生還使制造商能夠在沒有任何經(jīng)濟風險的情況下試驗非常規(guī)設計決策，并推動創(chuàng)新。

簡而言之，數(shù)字孿生使制造商能夠克服傳統(tǒng)挑戰(zhàn)，并同時實現(xiàn)各種業(yè)務需求。

制造業(yè)中的主流數(shù)字孿生用例

在制造環(huán)境中，數(shù)字孿生可以以多種方式應用。讓我們來探索一些世界領先的制造公司是如何利用數(shù)字孿生的。

· 提高產(chǎn)品質(zhì)量

尤其是意識到對藥物和疫苗的需求日益增長，Atos、葛蘭素史克和西門子聯(lián)手改造制藥行業(yè)。

傳統(tǒng)上，制藥公司只能在產(chǎn)品制成后才能評估產(chǎn)品的質(zhì)量，這意味著如果質(zhì)量低，則必須丟棄整批產(chǎn)品，從而造成時間和材料的浪費。數(shù)字孿生允許在生產(chǎn)過程中評估產(chǎn)品質(zhì)量，幫助制造商及時調(diào)整操作并滿足質(zhì)量標準。

Atos與西門子合作實施了一個數(shù)字孿生系統(tǒng)，用于收集有關疫苗制造流程每個階段的數(shù)據(jù)。這種數(shù)字孿生使制藥公司能夠顯著提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本并縮短上市時間。更重要的是，制藥公司現(xiàn)在還可以模擬生產(chǎn)中的變化，并清楚地看到它們將如何影響最終產(chǎn)品。

· 預測產(chǎn)品故障

為了滿足對其行業(yè)領先的螺桿式壓縮機不斷增長的需求，Kaeser 決定將數(shù)字孿生集成到他們的新生產(chǎn)設施中。在 Kaeser 的案例中，產(chǎn)品必須滿足特定客戶的需求，這大大增加了質(zhì)量控制的復雜性。他們的壓縮系統(tǒng)有相當多的參數(shù)需要為每個客戶單獨進行定制。更重要的是，根據(jù)環(huán)境的不同，Kaeser 的客戶可以在空氣和水冷卻系統(tǒng)之間進行選擇，并在他們的壓縮機上添加干燥器或熱回收系統(tǒng)。

在數(shù)字孿生的幫助下，Kaeser 的員工可以在產(chǎn)品組裝前確定準確的產(chǎn)品測試程序。一旦壓縮機離開裝配線，按下按鈕即可啟動測試程序。如果其余結(jié)果不符合要求的標準，系統(tǒng)會通知操作員手動調(diào)整壓縮機參數(shù)。

Kaeser也在工廠之外使用數(shù)字孿生系統(tǒng)，每一臺銷售出去的壓縮空氣系統(tǒng)也由數(shù)字孿生虛擬復制。這使得操作員可以監(jiān)測每臺壓縮機的狀態(tài)，從而遠程檢測潛在故障并及時維護。這大大延長了產(chǎn)品的壽命，提高了客戶滿意度，并降低了維護成本。

· 縮短上市時間

在豪華汽車的生產(chǎn)上，在質(zhì)量方面不能有妥協(xié)的余地。另一方面，細致的質(zhì)量控制可能相當耗時。因此，為了加快汽車開發(fā)流程，世界上著名的汽車制造商之一瑪莎拉蒂與西門子合作，將數(shù)字孿生集成到其制造流程中。

在西門子PLM 軟件的幫助下，瑪莎拉蒂工程師現(xiàn)在可以使用汽車虛擬副本中的數(shù)據(jù)來不斷優(yōu)化他們的開發(fā)。例如，評估車輛空氣動力學的傳統(tǒng)方法需要構(gòu)建汽車的物理原型，并將其放置在風洞中。借助數(shù)字孿生，可以虛擬運行此類測試，從而顯著降低成本，并允許對汽車的空氣動力學進行更精細的實驗。

由于數(shù)字孿生的實施，瑪莎拉蒂成功地將汽車開發(fā)所需的運營成本和時間降低了 30%。借助數(shù)字孿生，該公司還將車輛上市時間縮短了 16 個月。

· 改善用戶體驗

最初，總部位于巴西的農(nóng)業(yè)機械制造商 Stara 旨在應用數(shù)字孿生來提高性能，并優(yōu)化其農(nóng)業(yè)機械的維護。在拖拉機和其他農(nóng)業(yè)機械上安裝了物聯(lián)網(wǎng)傳感器后，他們能夠監(jiān)測拖拉機的路徑、速度、油耗和發(fā)動機狀況。這使Stara能夠預測機械故障，并延長設備正常運行時間。

在利用數(shù)字孿生的優(yōu)勢來提高性能的同時，Stara 發(fā)現(xiàn)這項技術(shù)還可以優(yōu)化農(nóng)民對機械的使用。嵌入式物聯(lián)網(wǎng)傳感器現(xiàn)在可以收集天氣和土壤特性數(shù)據(jù)，幫助農(nóng)民確定種植作物的最佳條件。

· 簡化產(chǎn)品開發(fā)

在輪胎制造公司中實施數(shù)字孿生，無需構(gòu)建原型，即可促進產(chǎn)品工程和測試。除了縮短上市時間和減少開發(fā)成本外，消除物理原型還能讓制造商和組織減少由原型浪費而引起的負面環(huán)境影響。

更重要的是，事實證明，對于輪胎制造公司來說，數(shù)字孿生對簡化與其他汽車公司的合作尤其有益。例如，世界領先的輪胎制造商普利司通現(xiàn)在使用數(shù)字孿生與其合作伙伴共享即將推出的產(chǎn)品的虛擬復制品，以獲得批準。知名輪胎制造商米其林的數(shù)據(jù)科學總監(jiān)也聲稱，數(shù)字孿生在構(gòu)建高效合作生態(tài)系統(tǒng)方面具有巨大潛力，使組織能夠無縫地相互共享開發(fā)數(shù)據(jù)。

而米其林則使用數(shù)字孿生來測試各種輪胎設計。更具體地說，該公司使用這項技術(shù)來模擬潮濕路面上的輪胎行為，以確定最佳胎面花紋設計。西門子可以說是汽車行業(yè)最受歡迎的數(shù)字孿生技術(shù)提供商，其工程師也聲稱，可以模擬輪胎在不同路面和不同天氣條件下的性能。

最后的想法

不可否認，數(shù)字孿生是制造業(yè)中的關鍵技術(shù)。它在創(chuàng)造價值、縮短上市時間、優(yōu)化工廠設備和成品性能，以及提供洞察力方面的能力是任何其他解決方案都無法比擬的。隨著成本的降低、供應商數(shù)量的增加，以及構(gòu)成數(shù)字孿生的先進技術(shù)的可獲得性的提高，集成數(shù)字孿生應該是全球制造商的下一個必然步驟。

然而，同樣值得注意的是，那些擁有高度復雜流程、優(yōu)先考慮創(chuàng)新、改進或擴大產(chǎn)品范圍的公司將從數(shù)字孿生中受益最多。不過，這項技術(shù)絕不便宜，也不易于實施，因為它通常需要對組織架構(gòu)進行徹底改造，并對制造工作流程進行相當大的調(diào)整。（編譯：iothome）