何為數字孿生？
生產流程數字化趨勢日益明顯，已是大勢所趨。受此趨勢影響，大量企業努力尋求有效策略，以期從運營和戰略層面推動實際價值的創造。數字孿生是近期的熱門概念：物理實體或流程的准實時數字化鏡像，有助於企業實現績效提升。本文描述了數字孿生的定義、實際應用場景及其如何驅動價值創造。
定義
數字孿生在業界和學術界有多種不同的定義。但從根本上講，數字孿生是以數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呈現，有助於提升企業績效。數字孿生以針對眾多層面持續、實時開展的大量物理世界數據檢測為基礎。該等檢測可通過數字化的形式對某一物理實體或流程進行動態呈現，從而有效反映系統運行情況。
數字孿生的真正功能在於能夠在物理世界和數字世界之間全面建立准實時聯繫，這也是該技術的價值所在。基於產品或流程現實情況與虛擬情況之間的交互，數字孿生能夠創造更加豐富的模型，從而對不可預測的情況進行更加真實和全面的檢測。
圖1：生產流程數字孿生模型
圖1是物理世界中某一生產流程的模型，及其在數字世界中的數字化鏡像。該模型呈現了五大驅動要素——物理世界的感測器和促動器、集成、數據和分析，以及持續更新的數字孿生應用程序。以下是對圖1這些構成要素的概括性介紹：
實際流程（或物理實體）及其數字虛擬鏡像明顯比簡單的模型或結構要複雜得多。當然，圖1的模型只是一個數字孿生結構，重點呈現產品生命周期的生產環節。
應用
數字孿生主要用於複雜資產或流程建模。將數字孿生應用於部署資產能夠提供深刻洞見，而將數字孿生應用於生產流程則能夠產生功能強大的應用程序。
複雜資產或流程會與周圍的環境發生不同形式的交互作用，因此很難在整個產品生命周期內開展結果預測。數字孿生的創建可結合各種不同的實際情況，以實現不同目的。例如，數字孿生有時會用於模擬噴氣式發動機和大型礦用卡車等複雜部署資產，以監測和評估資產使用過程中的磨損和壓力承受情況。風電場可通過數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相關的數字孿生應用情況。
目前為止，數字孿生的討論重點大多圍繞產品生命周期中的生產流程。生產流程僅僅是數字孿生的一個應用領域。事實上，數字孿生還有另一簡單易行的廣泛應用領域，即基於產品應用於產品全生命周期，涵蓋概念開發到實際使用。例如，一家工業製造企業正面臨諸多質量問題，導致維修與保修成本高企。這些問題損害了客戶信任與品牌形象，因此該製造企業試圖找出問題的根源所在。與此同時，在解決問題的過程中，該製造企業的供應網路受到額外影響，並進一步增加了成本。
為了有效應對以上問題，工程與供應機構積極部署數字孿生，試圖解決質量問題，並持續提升保修維修相關售後服務。首先，他們決定將「設計類」物料清單與「製造類」物料清單中的所有類似信息進行整合。兩者的區別之處在於，設計類物料清單包括開發及測試因素，而製造類物料清單則包含產品生產設備綜合因素，如採購部件詳情與裝配詳情。工程師可基於這些結果進行分析，並就影響質量的生產變數提出洞見。因此，團隊能夠提供創新見解，以改善裝配流程，將返工率降低15%至20%。
雖然上述努力只是數字孿生的冰山一角，但其生成的信息正促使售後部門加大部署該應用案例，藉助數字孿生流程，更加高效地在實際生產中使用產品信息，即「維修類」物料清單，從而進一步深入了解流程變數如何改變並提升性能。結合設計類、製造類以及維修類物料清單的所有信息，可打造一個有始有終的完整數字化進程，從而催生全新商業機會，包括資產可用性管理、備件庫存優化、預見性維護以及服務。
數字孿生的商業價值
過去，創建數字孿生的成本高昂，且收效甚微。隨著存儲與計算成本日益走低，數字孿生的應用案例與潛在收益大幅上漲，並轉而提升商業價值。
在探析數字孿生的商業價值時，企業須重點考慮戰略績效與市場動態相關問題，包括持續提升產品績效、加快設計周期、發掘新的潛在收入來源，以及優化保修成本管理。可根據這些戰略問題，開發相應的應用程序，藉助數據孿生創造廣泛的商業價值。表1列示了各種類型的商業價值。
表1：數字孿生的商業價值
除了上述商業價值領域以外，數字孿生還可協助製造企業構建關鍵績效指標。綜合而言，數字孿生可用於諸多應用程序，以提升商業價值，並從根本上推動企業開展業務轉型。所產生的價值可運用切實結果予以檢測，而這些結果則可追溯至企業關鍵指標。
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