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數(shù)字孿生技術:從酷炫到普及有多遠

http://m.007sbw.cn 2019-08-14 16:04 來源:中國電子報 徐恒

最近一段時間,數(shù)字孿生技術一直戴著光環(huán)被工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)界所探討。但從國內(nèi)的實踐來看,成功應用并給企業(yè)發(fā)展帶來實質(zhì)性好處的案例并不多見。一方面,企業(yè)覺得技術很酷炫;另一方面,企業(yè)覺得該技術成本高的同時,對實時數(shù)據(jù)依賴性強,一旦數(shù)據(jù)不準,結論也不可靠,應用風險大。數(shù)字孿生技術到底是不是華而不實的鏡中花成為業(yè)界討論的熱點話題。

技術處于創(chuàng)新觸發(fā)階段

盡管Gartner曾在2018年將數(shù)字孿生列為當年的十大戰(zhàn)略技術趨勢之一,但數(shù)字孿生并不是一項全新的技術。

早在NASA的阿波羅項目中,NASA就制造了兩個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)。這個孿生體,在飛行準備期間被應用于訓練;在任務執(zhí)行期間進行仿真實驗,該孿生體盡可能精確地反映和預測正在執(zhí)行任務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,則是通過實體和虛體之間的映射,及時、準確、深入地在虛體世界反映實體的狀態(tài)和行為。

“數(shù)字孿生是指在數(shù)字化時代,通過數(shù)字化來描述整個產(chǎn)品的設計、開發(fā)、制造和服務的全生命周期過程,并通過數(shù)字化的手段連接產(chǎn)品生產(chǎn)制造和運行環(huán)境,實時反映產(chǎn)品的狀態(tài),達到‘與物理產(chǎn)品等價的虛擬數(shù)字化表達’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《中國電子報》記者表示。

2012年,NASA發(fā)布的“建模、仿真、信息技術和處理”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)劃與實施階段。2015年,美國GE公司計劃基于數(shù)字孿生,并通過Predix平臺,采用大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等先進技術,實現(xiàn)對發(fā)動機的實時監(jiān)控、及時檢查和預測性維護。

最近幾年來,數(shù)字孿生在理論層面和應用層面均取得了快速發(fā)展,同時應用范圍也逐漸從產(chǎn)品設計階段向產(chǎn)品制造和運維服務等階段轉移。模型輕量化、MBD、基于物理的建模等模型數(shù)字化表達技術逐漸成熟并得到廣泛應用,大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、云計算等新一代信息與通信技術的快速普及與應用,大規(guī)模計算、高性能計算、分布式計算等計算機科學技術的快速發(fā)展,以及機器學習、深度學習等智能優(yōu)化算法的不斷涌現(xiàn),使得產(chǎn)品動態(tài)數(shù)據(jù)的實時采集、可靠與快速傳輸、存儲、分析、決策、預測等成為可能,為虛擬空間和物理空間的實時關聯(lián)與互動提供了重要的技術支撐,數(shù)字孿生的形態(tài)和概念不斷豐富。

不過,在應用方面,數(shù)字孿生還有很長的路要走。

“數(shù)字孿生技術目前處于創(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構和公司的研發(fā)部門。從技術周期的規(guī)律來看,新興技術可能要在未來的5~10年才能達到被廣泛應用的程度。”尚煒表示,“數(shù)字孿生技術有著諸多的技術難點,從落地的角度來看,發(fā)展還處于起步階段。有一件事是肯定的:數(shù)字孿生將會在未來幾年里以不同的解決方案來應對不同的挑戰(zhàn)。盡管數(shù)字孿生尚處于發(fā)展初期,也必然面對一些階段性的問題,但前途無疑是光明的。”

中小企業(yè)為何用不起?

數(shù)字孿生通過實體和虛體之間的映射,使得企業(yè)可以基于實時數(shù)據(jù)進行設計迭代、故障診斷、流程優(yōu)化等,同時在實體世界中也可以借助虛體數(shù)據(jù)實現(xiàn)控制優(yōu)化、精準執(zhí)行等。因此,數(shù)字孿生技術在工業(yè)領域有著非常廣闊的應用場景。

不過,從目前的發(fā)展情況來看,對數(shù)字孿生技術的大規(guī)模采用由大型制造公司主導。幾乎所有的行業(yè)都可采用某種形式的數(shù)字孿生技術,但興趣最大的可能是工業(yè)設備(如加熱和冷卻系統(tǒng)、泵送液壓系統(tǒng)等)和能源行業(yè)(如風力渦輪機、石油和天然氣等)。

“數(shù)字孿生技術最初將應用在高價值領域,以證明部署成本是合理的。高價值領域往往代表著昂貴的設備,而這些成本只有大企業(yè)才能負擔得起。”尚煒表示。

從國外一些研究數(shù)字孿生技術的先驅(qū)來看,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,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鍵的原因。

“與國外發(fā)達國家相比,廣大國內(nèi)企業(yè),尤其是中小企業(yè),目前還處于工業(yè)化升級、信息化補課的階段,數(shù)字化水平普遍較低,這些都極大制約了數(shù)字孿生技術的應用普及。因此,數(shù)字孿生技術沒有出現(xiàn)爆發(fā)式增長并不是技術本身的問題,而是我們目前還不具備大規(guī)模應用普及數(shù)字孿生的產(chǎn)業(yè)基礎。”航天云網(wǎng)天智公司總經(jīng)理紀豐偉在接受《中國電子報》記者采訪時表示,“目前國內(nèi)外數(shù)字孿生技術應用得比較好的企業(yè)主要是數(shù)字化水平高、有一定網(wǎng)絡化基礎、存在智能化轉型升級的大企業(yè),這與企業(yè)自身的基礎有一定關系。”

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺激活數(shù)字孿生生命

隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的推進與應用,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺為智能制造深化應用提供了信息物理融合、交互和應用的基礎。業(yè)界專家認為,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺激活了數(shù)字孿生的生命。

“數(shù)字孿生的核心是在合適的時間、合適的場景,做基于數(shù)據(jù)的實時正確的決定。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺天生具有的雙向通路特征,使得數(shù)字孿生真正成為一個有生命力的模型。”西安電子科技大學智能制造與工業(yè)大數(shù)據(jù)研究中心主任孔憲光說。

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,一個數(shù)字孿生也可以支持多個App。將數(shù)字孿生作為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的知識萃取工具,通過單元級、系統(tǒng)級的數(shù)字孿生體,不斷將工業(yè)系統(tǒng)中的碎片化知識產(chǎn)生并封裝到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺中,將知識顆粒按照個體級、群體級、產(chǎn)業(yè)鏈級(社區(qū)級)重新組裝,通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的App體系放大傳播。因此,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺是數(shù)字孿生的孵化床,數(shù)字孿生是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的重要場景。

對于目前數(shù)字孿生技術而言,其應用水平也與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺息息相關。

“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的推廣應用使得實體和虛體的映射更為可行和緊密,從而進一步加速推動了數(shù)字孿生技術的應用。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,同時企業(yè)應用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)還主要集中在智能化改造、能耗監(jiān)控、設備征信等初級場景,距離數(shù)字孿生這類高級應用還有一定距離。”紀豐偉表示。

此外,他還認為,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展會促進中小企業(yè)集體性加快信息化的步伐和自動化水平的提升,并給中小企業(yè)帶來虛實結合的平臺基礎,因此工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展給中小企業(yè)應用數(shù)字孿生技術帶來了更多的可能性。

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