什么是数字孪生以及如何运作

数字孪生是物理资产或产品的数字或虚拟副本。它使数据分析和系统监控能够在问题出现之前及早发现。它使用模拟场景来避免停机，创造可能性，并为未来制定更具体的计划。

传感器通过收集实时数据帮助连接真实世界和虚拟世界。数据收集或者在内部部署设施中收集，或者在云平台中积累。然后在资产的虚拟副本中评估和模拟数据。

模拟有助于获取信息，然后可以将参数应用于实际的物理资产。在真实和虚拟插图中结合数据以优化真实资产性能。

但需要注意的是，数字孪生并不是一种产品或技术，它是一种概念。不同的技术协同工作，使一些概念成为现实，例如：

• 物联网
• 区块链
• 3D模拟
• 人工智能
• 云计算
• 4G/5G
• 大数据

基于人工智能和机器学习算法的数字孪生

使用虚拟版本，企业可以执行无限次重复。此外还可以使用大量场景进行实验，以生成模拟数据。然后使用这些数据在真实环境中训练人工智能模型。

企业可以使用虚拟副本来测试不同的场景，然后再生成唯一的内容。数据副本还有助于通过机器学习执行增强的数据操作。

机器学习通过获取精确的数据和预测来实现智能过程。它还将确认视觉效果和非结构化数据。

机器学习将创造新的机会来确定数据中不可预见的模式。它建立了一个单一的学习系统来管理复杂的数据。

人工智能可以从不同的来源学习，例如：

• 示例(监督学习)
• 征求某人的评论/反馈(主动学习)
• 将知识从一项任务传递到另一项任务(转移学习)
• 自动反馈/奖励(强化学习)
• 无需任何审查/反馈(无监督学习)

数字孪生和物联网是成功的组合

物联网和数字孪生正在改变虚拟和物理协作的方式。物联网支持连接和访问现实世界中的智，它与数字孪生(虚拟模型)相互关联。他们将以数字方式举例说明他们之间的匹配。

与数字孪生相结合时，物联网可以提供对产品完整生命周期的可见性。它还有助于从不同资产中解锁更深层次的运营情报。因此，企业将获得实时的全方位可见性。在当今不断变化的市场需求和客户需求中，这是非常必要的。

具有物联网的数字孪生可以显著增强和优化维护和资产停机时间。它还支持新的收入流，并最大限度地提高效率。设计师可以发现他们需要在哪里操作才能使工作顺利进行。因此，他们可以在现实世界中部署任何东西之前进行相应的更改。

数字孪生的成效如何

(1)快速生产和风险评估

企业可以提前虚拟地分析产品。通过复制整个生产过程，工程师可以识别任何故障。因此，他们可以生产出更好的产品，还可以评估意外场景、系统反应、产品构建策略等等。它最终促进了风险评估，还将节省对物理产品进行更改所需的大量时间。

(2)预测性维护

物联网传感器实时产生大数据。因此，企业可以评估这些数据并确定所有的系统面临的问题。它使企业能够更精确地安排预测性维护，将提高现实世界的生产效率，并减少维护费用。

(3)实时远程控制

要获得一个物理系统的实时、详细的更大视图更具挑战性。这有时是不可想象的。但通过数字孪生，用户可以远程控制系统性能。

(4)加强与团队的协作

数字孪生提供流程自动化和全天候系统数据可访问性。因此，工程师可以更准确、更频繁地与团队之间协作。它将导致更好的生产和效率。

(5)产品追踪

数字孪生可帮助企业在整个开发生命周期中跟踪产品。物联网传感器每隔一段时间就会不断发送有关性能的反馈。它将有助于提高产品质量。

(6)改进财务决策

大量实时数据和高级分析是有利的。企业可以更快、更好地做出生产材料和劳动力成本等方面的财务决策。因此很容易调整制造产品的整体预算。

采用数字孪生的挑战

(1)3D图形

采用数字孪生的主要挑战是要采用3D图形和插图技术。尽管如此，很多企业仍然认为2D数据是非常需要的。所以他们一直在努力。但用户需要注意的是，数字孪生根本无法进行2D设计。

(2)数字化

想成功实施数字孪生概念吗?有必要在整个业务流程中实现数字化转型。许多小型企业已经进行了数字化转型，以充分利用数字化的优势。

(3)数字数据管理

除了物理数据之外，还需要管理产品的数字数据。在管理过程中也需要进行强有力的改变。它确保数字孪生绝对控制实际和物理配置。

数字孪生的应用领域

(1)制造

工程师在开发和创新产品时经常使用数字孪生技术。它有助于生成产品的虚拟表示。此外，它还简化了根据客户需求进行定制的过程。

制造商可以毫不费力地获得产品的单一精确版本。业务运营增强是数字孪生的主要应用之一。

(2)太空

为了开发和改造太空领域的飞行器，美国宇航局构建了一个数字孪生宇宙飞船模型。它存储数据并能够模拟不同的条件。这是一个很好的解决问题的过程。

(3)汽车

借助车辆的虚拟模型，可以捕捉处于工作模式时的行为。还将获得有关车辆性能和维护的反馈。因此，最终将有助于开发和生产性能更佳的车辆。

(4)风力涡轮机

为了跟踪风力发电场中的涡轮机，通用电气公司采用了数字孪生技术。数字孪生的风力涡轮机可以帮助发现气候条件对物理风力涡轮机的影响。这些数字孪生数据留在云端并从物理孪生中获取所有数据或见解。

(5)医疗保健

患者的数字孪生从多个来源获取数据，例如：

• 记录
• 体检
• 实验室发现
• 遗传学

它将有助于整个诊断和治疗过程。

数字孪生模型还可以在早期阶段检测症状。因此，患者可以在患病之前进行诊断。手术模拟有助于手术风险评估。数字孪生模型可以实现医疗器械设计优化、药物开发和确定剂量。

(6)工业物联网

现在，通过使用数字孪生来监控大型和复杂的机器部件。物联网为数字模型提供实时数据。它将有助于预测未来的操作和异常。在此基础上，可以监控物联网资产，并减少成本和停机时间。它还有助于优化维护，并促进物联网产品的生产。

(7)零售

数字孪生有助于零售商将其供应链设计为相互关联的环境。零售商可以设计和开发：

• 资产
• 仓储仓库
• 后勤
• 材料流
• 库存位置
• 人员
• 程序

该模型由实时传感器、设备数据和其他业务系统数据提供。在此基础上，它可以生成一个实时执行环境。

(8)体育和赛车

一级方程式赛车一直在采用数字孪生来优化其赛车方法。任何赛车或体育组织都可以利用虚拟孪生技术。它有助于确定改进和战略。

未来的技术将包含什么

数字化和先进技术使企业能够提高：

• 速度
• 效率
• 灵活性
• 质量

几乎每个行业领域如今都在实施数字孪生以利用更多潜力。设备、流程和产品的数字化越来越受到关注。数字孪生帮助已经在使用先进技术的企业，例如：

• 人工智能
• 机器学习
• 区块链
• 物联网技术

数字孪生无疑是企业未来十年的发展愿景，将会加快工业化转型，并将促进企业开发新产品、资产和流程。