工業(yè)4.0與數(shù)字孿生

近日，德勤發(fā)布《工業(yè)4.0與數(shù)字孿生——制造業(yè)如虎添翼》報告。報告顯示，生產(chǎn)流程數(shù)字化已是大勢所趨，大量企業(yè)努力尋求有效策略，以期從運營和戰(zhàn)略層面推動價值的創(chuàng)造。本報告描述了數(shù)字孿生的定義與創(chuàng)建方式，并探討了其如何驅(qū)動價值創(chuàng)造、現(xiàn)實應用場景，以及企業(yè)如何著手部署創(chuàng)建數(shù)字孿生。

定義

數(shù)字孿生在業(yè)界和學術界有多種不同的定義。但從根本上講，數(shù)字孿生是以數(shù)字化的形式對某一物理實體過去和目前的行為或流程進行動態(tài)呈現(xiàn)，有助于提升企業(yè)績效。數(shù)字孿生以針對眾多層面持續(xù)、實時開展的大量物理世界數(shù)據(jù)檢測為基礎。該等檢測可通過數(shù)字化的形式對某一物理實體或流程進行動態(tài)呈現(xiàn)，從而有效反映系統(tǒng)運行情況。數(shù)字孿生的真正功能在于能夠在物理世界和數(shù)字世界之間全面建立準實時聯(lián)系，這也是該技術的價值所在?；?a target="_blank">產(chǎn)品或流程現(xiàn)實情況與虛擬情況之間的交互，數(shù)字孿生能夠創(chuàng)造更加豐富的模型，從而對不可預測的情況進行更加真實和全面的檢測。物理世界中某一生產(chǎn)流程的模型，及其在數(shù)字世界中的數(shù)字化鏡像。該模型呈現(xiàn)了五大驅(qū)動要素——物理世界的傳感器和促動器、集成、數(shù)據(jù)和分析，以及持續(xù)更新的數(shù)字孿生應用程序。以下是對圖1這些構(gòu)成要素的概括性介紹：

·傳感器——生產(chǎn)流程中配置的傳感器可發(fā)出信號，數(shù)字孿生可通過信號獲取實際流程相關的運營和環(huán)境數(shù)據(jù)。

·數(shù)據(jù)——傳感器提供的實際運營和環(huán)境數(shù)據(jù)將在聚合后與企業(yè)數(shù)據(jù)合并，企業(yè)數(shù)據(jù)包括物料清單、企業(yè)系統(tǒng)和設計規(guī)范等。其他類型的數(shù)據(jù)還包括工程圖紙、外部數(shù)據(jù)源連接以及客戶投訴記錄等。

·集成——傳感器通過集成技術（包括邊緣、通信接口和安全）達成物理世界與數(shù)字世界之間的數(shù)據(jù)傳輸。

·分析——數(shù)字孿生利用分析技術開展算法模擬和可視化程序，進而分析數(shù)據(jù)，提供洞見。

·數(shù)字孿生——圖1的“數(shù)字化”層面是指數(shù)字孿生本身。該應用程序綜合以上所有要素，建立物理實體和流程的準實時數(shù)字化模型。數(shù)字孿生旨在識別不同層面偏離理想狀態(tài)的異常情況。

·促動器——若確定應當采取實際行動，則數(shù)字孿生將在人工干預的情況下通過促動器展開實際行動，推進實際流程的開展。

實際流程（或物理實體）及其數(shù)字虛擬鏡像明顯比簡單的模型或結(jié)構(gòu)要復雜得多。當然，圖1的模型只是一個數(shù)字孿生結(jié)構(gòu)，重點呈現(xiàn)產(chǎn)品生命周期的生產(chǎn)環(huán)節(jié)。應用

數(shù)字孿生主要用于復雜資產(chǎn)或流程建模。將數(shù)字孿生應用于部署資產(chǎn)能夠提供深刻洞見，而將數(shù)字孿生應用于生產(chǎn)流程則能夠產(chǎn)生功能強大的應用程序。復雜資產(chǎn)或流程會與周圍的環(huán)境發(fā)生不同形式的交互作用，因此很難在整個產(chǎn)品生命周期內(nèi)開展結(jié)果預測。數(shù)字孿生的創(chuàng)建可結(jié)合各種不同的實際情況，以實現(xiàn)不同目的。例如，數(shù)字孿生有時會用于模擬噴氣式發(fā)動機和大型礦用卡車等復雜部署資產(chǎn)，以監(jiān)測和評估資產(chǎn)使用過程中的磨損和壓力承受情況。風電場可通過數(shù)字孿生了解運營效率低下的原因。除此之外還存在大量其他與部署資產(chǎn)相關的數(shù)字孿生應用情況。