如果您關注過與產品開發、預測分析或基于物聯網的環境監測相關的新聞，那么近年來您很可能聽說過“數字孿生”或“數字孿生建模”一詞。但究竟什么是數字孿生體？用最簡單的術語來說，它是現實世界中存在的物理對象，設備或結構的虛擬表示。
這項創新技術還有更多內容，我們將深入研究其在制造、醫療保健和供應鏈管理等領域快速發展的用例的影響。但首先，重要的是要了解是什么導致了對數字孿生體開發以及當今用例的廣泛興趣和投資。
數字孿生體自20世紀60年代以來就已經存在，從概念上講，從2002年開始更廣泛地普及 - 直到最近，這一領域的創新才爆炸式增長。隨著數字化能力在客戶體驗和運營中變得越來越重要，數據驅動的洞察已成為推動創新和價值創造的力量。
因此，數字孿生體開始優化產品和流程的開發和性能。讓我們來探討一下如何做到這一點。
什么是數字孿生技術？
讓我們從數字孿生體定義開始。數字孿生是基于使用連接的傳感器收集的實時數據的虛擬模型。這些虛擬孿生體，有時被稱為，旨在反映現實世界的對象，機器和過程 - 使系統設計人員和技術人員能夠模擬現實世界系統的物理屬性和性能。
數字孿生過程創建了一個數字表示，該表示可以隨著物理版本隨時間的變化而更新，無論它是否受環境條件的影響或修復。為了捕獲這些變化，對象需要安裝物聯網傳感器，旨在捕獲和傳輸有關對象或設備的物理特征和性能的數據。
這些信息可以包括物體的形狀、能量使用情況、材料應力水平、溫度或性能。然后，收集的信息被處理并用于創建或更新虛擬表示。
創建后，數字孿生體可用于運行兩種類型的模擬：
基于當前：可視化如果當前條件被修改，物理對象將如何反應。
面向未來：運行預測模擬以顯示對未來條件的響應。
數字孿生的種類有哪些？
總體而言，無論以何種類型進行數字化表示，數字孿生體的創建方式（使用物聯網設備和軟件）都相當一致。
數字孿生體的復雜性可能很大，因為所需的數據量取決于虛擬表示的預期用途。通常，組織將創建數字孿生的初始原型，以確定如何最好地整合所需的所有數據。常用的數字孿生體有三種功能類型：
狀態數字孿生：用于監測物理對象和設備的物理狀況
運營數字孿生：用于允許用戶根據鏈接的操作或工作流調整操作參數
模擬數字孿生：用于預測對象或設備將來如何響應操作條件，這有助于預測性維護和產品開發
如何使用數字孿生技術？
由于數字孿生體設計有如此多的變體，因此也有許多方法可以對這些虛擬副本的設計和功能進行分類。
例如，組織可能需要虛擬孿生的所有這些系統體系結構：
離散數字孿生：用于可視化、監控和分析單個設備
復合數字孿生體：由多個離散數字孿生體組成，用于表示具有多個組件的設備或進程
組織的數字孿生 （DTO）：整個組織的組件和交互的高度復雜的表示
然后，對于這三種數字孿生系統架構中的任何一種，數據的使用方式都可以分為五類或兩個級別：
描述性孿生是對象或設備的虛擬表示，可以使用建筑信息建模 （BIM） 軟件的 3D 建模對其進行編輯和分析。
信息孿生將數字孿生向前推進了一步，并從感興趣對象或設備上的物聯網傳感器獲取物理和操作數據，并實時更新虛擬副本以匹配其現實世界的對應物。
預測孿生將用于創建信息孿生的實時數據與其他上下文數據和預測分析相結合。這允許建模和基于演示的仿真，可以識別或預測性能或結構完整性問題。
綜合數字孿生使用更高級的建模來預測所呈現的對象或設備將如何響應尚未發生的基于未來的場景。用于此類數字孿生的規范性分析可以為下一步（例如，維護，產品設計）提供建議。
自主數字孿生還使用基于未來的模擬以及高級算法，做出人工智能和機器學習（AI / ML）驅動的決策，以根據物體的過去性能或物理條件來響應不斷變化的環境條件。
目前哪些行業使用數字孿生模型？
數字孿生技術可用于以多種方式創造業務價值。這完全取決于數據源的多樣性，功能類型（即離散，復合或DTO）以及所創建的虛擬表示的級別（即描述性，信息性，預測性，全面性或自主性）。
數字孿生技術可以適應幾乎每個行業的組織，以及當今使用數字孿生體的一些行業，包括Digi為物聯網產品開發，網絡，自動化，預測分析和工業4.0的未來提供技術解決方案的多個垂直空間：
制造業： 該技術可用于可視化、監控和改進工廠車間的制造過程。借助全面或自主的數字孿生體，組織甚至可以確定避免未來資產損失和收入損失的方法。
醫療：目前，數字孿生體最常用于三種類型的醫療保健用例：
模擬和測試不同的組織和護理服務模式
侵入性外科手術培訓
基因組，生活方式和生理建模，以開發個性化藥物。
航空航天：數字孿生實際上首先用于航空航天工程，現在該領域的工程師可以更好地使用預測分析來測試組件和零件的故障，而不會危及昂貴的設備或安全性。
汽車：除了改善汽車行業的標準制造外，數字孿生還被用于幫助開發自動駕駛汽車。自動駕駛汽車需要物聯網傳感器來收集有關汽車及其環境狀況的數據。虛擬副本可用于在各種場景中測試車輛的功能。
建筑和工程：建筑物的數字孿生體可用于設計更適合其環境的建筑結構，并監控現有建筑物的材料故障，從而降低倒塌風險并支持預測性維護。
數字孿生技術的一般用例
在實施特定于行業的用例之前，開發人員和數據科學家需要共同努力，以確定需要表示哪些組件。同一個現實世界的對象可能需要截然不同的數據輸入，具體取決于數字孿生模型的最終目標：
材料或組件
整個資產或產品
一個系統
一個過程
讓我們探討數字孿生技術可以幫助加速和改進的三大類用例。
產品開發與設計
組織在產品開發和設計方面投入巨資以保持競爭力，特別是在汽車，制藥和制造等行業。此外，公司一直在尋找在不犧牲質量和產品市場契合度的情況下更快地開發產品的方法。
數字孿生體可以幫助改進產品開發和設計，使產品團隊能夠：
使用虛擬仿真進行壓力測試材料
將物理原型的早期反饋整合到虛擬表示中
一次創建多個產品版本以測試和收集反饋
流程和運營優化
當今的組織還希望優化其內部流程和運營 - 無論是在工廠車間，供應鏈還是企業資源規劃。創建數字孿生體可以幫助公司更好地：
分析生產結果并規劃提高生產力和效率的方法
識別浪費和浪費時間的領域，并測試如何減少浪費和浪費時間的模擬
實施預測性維護或自主操作，保護貴重設備、系統或流程免受代價高昂的損壞或停機
環境監測與災害應對
通過開發制造、農業或供應鏈流程的數字孿生體，當環境條件或設備故障使其現場和員工暴露于不安全條件或使當地環境面臨風險時，組織可以更快地做出響應。使用更復雜的數字孿生體啟用的警報還可以幫助現場經理和員工快速有效地做出響應，以降低災難發生時對公共衛生和環境安全的風險。
數字孿生技術的價值是什么？
預計未來幾年，全球數字孿生技術市場將繼續呈爆炸式增長，預計從2022年到2027年的復合年增長率（CAGR）為31.7%。這是因為使用數字孿生模型不僅可以提高生產力和效率，還可以幫助加速創新。
通過數字孿生提高生產力和效率
在無窮無盡的場景中，創建數字孿生體可以提供洞察力和價值。隨著人工智能建模和支持物聯網的數據收集的進步，公司可以更好地預測產品、設備和流程將如何對新的環境條件或壓力源做出反應。
公司無需創建昂貴的原型來測試或在事件發生后做出反應，而是可以探索虛擬環境中的潛在影響。這導致以更低的成本實現價值的速度 - 這正是近年來數字孿生快速增長的原因。
使用數字孿生加速創新
盡管數字孿生體被用來代表已經存在的東西，但實際上，它們是實現尚未實現的創新的最佳途徑之一。創建數字孿生體使產品設計師、開發人員、工程師和數據科學家能夠協作并設想材料、產品或流程的未來版本，同時還可以模擬各種場景來評估性能。
因此，數字孿生技術可以幫助組織確定采取哪些途徑來實現創新，并以更少的時間、精力和成本更快地交付價值。
數字孿生與智慧城市的未來
如今，各行各業的公司都投入巨資尋找綠色技術解決方案，以減少對環境的影響，提高生產力，同時降低運營成本。公司需要支持物聯網的解決方案來支持許多最有效的可持續發展解決方案，這些解決方案可以幫助他們減少對環境的影響，并在災難發生時避免或做出響應。
