http://m.007sbw.cn 2019-08-14 16:04 來(lái)源:中國(guó)電子報(bào) 徐恒
最近一段時(shí)間,數(shù)字孿生技術(shù)一直戴著光環(huán)被工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)界所探討。但從國(guó)內(nèi)的實(shí)踐來(lái)看,成功應(yīng)用并給企業(yè)發(fā)展帶來(lái)實(shí)質(zhì)性好處的案例并不多見。一方面,企業(yè)覺得技術(shù)很酷炫;另一方面,企業(yè)覺得該技術(shù)成本高的同時(shí),對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)依賴性強(qiáng),一旦數(shù)據(jù)不準(zhǔn),結(jié)論也不可靠,應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)大。數(shù)字孿生技術(shù)到底是不是華而不實(shí)的鏡中花成為業(yè)界討論的熱點(diǎn)話題。
技術(shù)處于創(chuàng)新觸發(fā)階段
盡管Gartner曾在2018年將數(shù)字孿生列為當(dāng)年的十大戰(zhàn)略技術(shù)趨勢(shì)之一,但數(shù)字孿生并不是一項(xiàng)全新的技術(shù)。
早在NASA的阿波羅項(xiàng)目中,NASA就制造了兩個(gè)完全相同的空間飛行器,可謂物理孿生,留在地球上的飛行器稱為孿生體(twin)。這個(gè)孿生體,在飛行準(zhǔn)備期間被應(yīng)用于訓(xùn)練;在任務(wù)執(zhí)行期間進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn),該孿生體盡可能精確地反映和預(yù)測(cè)正在執(zhí)行任務(wù)的空間飛行器的狀態(tài),從而輔助航天員在緊急情況下做出最正確的決策。
而數(shù)字孿生,則是通過(guò)實(shí)體和虛體之間的映射,及時(shí)、準(zhǔn)確、深入地在虛體世界反映實(shí)體的狀態(tài)和行為。
“數(shù)字孿生是指在數(shù)字化時(shí)代,通過(guò)數(shù)字化來(lái)描述整個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、開發(fā)、制造和服務(wù)的全生命周期過(guò)程,并通過(guò)數(shù)字化的手段連接產(chǎn)品生產(chǎn)制造和運(yùn)行環(huán)境,實(shí)時(shí)反映產(chǎn)品的狀態(tài),達(dá)到‘與物理產(chǎn)品等價(jià)的虛擬數(shù)字化表達(dá)’的數(shù)字孿生效果。”北京索為云網(wǎng)科技有限公司數(shù)字孿生部經(jīng)理尚煒向《中國(guó)電子報(bào)》記者表示。
2012年,NASA發(fā)布的“建模、仿真、信息技術(shù)和處理”路線圖中,數(shù)字孿生被正式帶入公眾的視野。之后,數(shù)字孿生從概念模型階段步入初步的規(guī)劃與實(shí)施階段。2015年,美國(guó)GE公司計(jì)劃基于數(shù)字孿生,并通過(guò)Predix平臺(tái),采用大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù),實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、及時(shí)檢查和預(yù)測(cè)性維護(hù)。
最近幾年來(lái),數(shù)字孿生在理論層面和應(yīng)用層面均取得了快速發(fā)展,同時(shí)應(yīng)用范圍也逐漸從產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段向產(chǎn)品制造和運(yùn)維服務(wù)等階段轉(zhuǎn)移。模型輕量化、MBD、基于物理的建模等模型數(shù)字化表達(dá)技術(shù)逐漸成熟并得到廣泛應(yīng)用,大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等新一代信息與通信技術(shù)的快速普及與應(yīng)用,大規(guī)模計(jì)算、高性能計(jì)算、分布式計(jì)算等計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展,以及機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等智能優(yōu)化算法的不斷涌現(xiàn),使得產(chǎn)品動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、可靠與快速傳輸、存儲(chǔ)、分析、決策、預(yù)測(cè)等成為可能,為虛擬空間和物理空間的實(shí)時(shí)關(guān)聯(lián)與互動(dòng)提供了重要的技術(shù)支撐,數(shù)字孿生的形態(tài)和概念不斷豐富。
不過(guò),在應(yīng)用方面,數(shù)字孿生還有很長(zhǎng)的路要走。
“數(shù)字孿生技術(shù)目前處于創(chuàng)新觸發(fā)階段,這本身就意味著低使用率,目前主要局限于研究機(jī)構(gòu)和公司的研發(fā)部門。從技術(shù)周期的規(guī)律來(lái)看,新興技術(shù)可能要在未來(lái)的5~10年才能達(dá)到被廣泛應(yīng)用的程度。”尚煒表示,“數(shù)字孿生技術(shù)有著諸多的技術(shù)難點(diǎn),從落地的角度來(lái)看,發(fā)展還處于起步階段。有一件事是肯定的:數(shù)字孿生將會(huì)在未來(lái)幾年里以不同的解決方案來(lái)應(yīng)對(duì)不同的挑戰(zhàn)。盡管數(shù)字孿生尚處于發(fā)展初期,也必然面對(duì)一些階段性的問(wèn)題,但前途無(wú)疑是光明的。”
中小企業(yè)為何用不起?
數(shù)字孿生通過(guò)實(shí)體和虛體之間的映射,使得企業(yè)可以基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)迭代、故障診斷、流程優(yōu)化等,同時(shí)在實(shí)體世界中也可以借助虛體數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)控制優(yōu)化、精準(zhǔn)執(zhí)行等。因此,數(shù)字孿生技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域有著非常廣闊的應(yīng)用場(chǎng)景。
不過(guò),從目前的發(fā)展情況來(lái)看,對(duì)數(shù)字孿生技術(shù)的大規(guī)模采用由大型制造公司主導(dǎo)。幾乎所有的行業(yè)都可采用某種形式的數(shù)字孿生技術(shù),但興趣最大的可能是工業(yè)設(shè)備(如加熱和冷卻系統(tǒng)、泵送液壓系統(tǒng)等)和能源行業(yè)(如風(fēng)力渦輪機(jī)、石油和天然氣等)。
“數(shù)字孿生技術(shù)最初將應(yīng)用在高價(jià)值領(lǐng)域,以證明部署成本是合理的。高價(jià)值領(lǐng)域往往代表著昂貴的設(shè)備,而這些成本只有大企業(yè)才能負(fù)擔(dān)得起。”尚煒表示。
從國(guó)外一些研究數(shù)字孿生技術(shù)的先驅(qū)來(lái)看,現(xiàn)階段走在前列的多是像GE、西門子、PTC、ANSYS這樣的大企業(yè)。
不過(guò),除了成本這一因素外,中小企業(yè)數(shù)字化程度不高也是關(guān)鍵的原因。
“與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比,廣大國(guó)內(nèi)企業(yè),尤其是中小企業(yè),目前還處于工業(yè)化升級(jí)、信息化補(bǔ)課的階段,數(shù)字化水平普遍較低,這些都極大制約了數(shù)字孿生技術(shù)的應(yīng)用普及。因此,數(shù)字孿生技術(shù)沒有出現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)并不是技術(shù)本身的問(wèn)題,而是我們目前還不具備大規(guī)模應(yīng)用普及數(shù)字孿生的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。”航天云網(wǎng)天智公司總經(jīng)理紀(jì)豐偉在接受《中國(guó)電子報(bào)》記者采訪時(shí)表示,“目前國(guó)內(nèi)外數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用得比較好的企業(yè)主要是數(shù)字化水平高、有一定網(wǎng)絡(luò)化基礎(chǔ)、存在智能化轉(zhuǎn)型升級(jí)的大企業(yè),這與企業(yè)自身的基礎(chǔ)有一定關(guān)系。”
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)激活數(shù)字孿生生命
隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的推進(jìn)與應(yīng)用,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)為智能制造深化應(yīng)用提供了信息物理融合、交互和應(yīng)用的基礎(chǔ)。業(yè)界專家認(rèn)為,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)激活了數(shù)字孿生的生命。
“數(shù)字孿生的核心是在合適的時(shí)間、合適的場(chǎng)景,做基于數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)正確的決定。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)天生具有的雙向通路特征,使得數(shù)字孿生真正成為一個(gè)有生命力的模型。”西安電子科技大學(xué)智能制造與工業(yè)大數(shù)據(jù)研究中心主任孔憲光說(shuō)。
據(jù)介紹,數(shù)字孿生是工業(yè)App的完美搭檔,工業(yè)App可以調(diào)用數(shù)字孿生,一個(gè)數(shù)字孿生也可以支持多個(gè)App。將數(shù)字孿生作為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的知識(shí)萃取工具,通過(guò)單元級(jí)、系統(tǒng)級(jí)的數(shù)字孿生體,不斷將工業(yè)系統(tǒng)中的碎片化知識(shí)產(chǎn)生并封裝到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)中,將知識(shí)顆粒按照個(gè)體級(jí)、群體級(jí)、產(chǎn)業(yè)鏈級(jí)(社區(qū)級(jí))重新組裝,通過(guò)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的App體系放大傳播。因此,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)是數(shù)字孿生的孵化床,數(shù)字孿生是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的重要場(chǎng)景。
對(duì)于目前數(shù)字孿生技術(shù)而言,其應(yīng)用水平也與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)息息相關(guān)。
“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的推廣應(yīng)用使得實(shí)體和虛體的映射更為可行和緊密,從而進(jìn)一步加速推動(dòng)了數(shù)字孿生技術(shù)的應(yīng)用。但工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展目前還處于產(chǎn)業(yè)早期,物連接的數(shù)量和質(zhì)量還有待提高,同時(shí)企業(yè)應(yīng)用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)還主要集中在智能化改造、能耗監(jiān)控、設(shè)備征信等初級(jí)場(chǎng)景,距離數(shù)字孿生這類高級(jí)應(yīng)用還有一定距離。”紀(jì)豐偉表示。
此外,他還認(rèn)為,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展會(huì)促進(jìn)中小企業(yè)集體性加快信息化的步伐和自動(dòng)化水平的提升,并給中小企業(yè)帶來(lái)虛實(shí)結(jié)合的平臺(tái)基礎(chǔ),因此工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展給中小企業(yè)應(yīng)用數(shù)字孿生技術(shù)帶來(lái)了更多的可能性。