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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。