【銳眼看市】

據Gartner統計，目前全球部署物聯網的企業和組織中已有16%應用數字孿生，62%的組織正在準備使用數字孿生；同時Gartner預測，明年全球將有超六成的大型工業企業使用數字孿生，從而使這些企業的效率提高10%。

【資料圖】

張銳

數字時代大背景下，數實融合發展不斷深入，數字孿生作為產業數字化核心技術之一越來越受到關注。在日前舉行的2022騰訊全球數字生態大會上，騰訊發布了《騰訊數字孿生云白皮書》（以下簡稱“白皮書”），并向業內首次發布了數字孿生云平臺。白皮書顯示，數字孿生已成為科技戰略和產業轉型的關鍵抓手，在社會經濟的許多領域尤其工業生產行業將發揮極其強大的賦能作用。

“數字孿生”一詞聽上去雖有點高大上，但其實很接地氣，比如當我們聽到“雙胞胎”、“孿生兄弟”抑或“孿生姐妹”的詞語時，眼前馬上會浮現兩個或三個以上長得完全或基本一樣的人物，“數字孿生”也是這個理，只不過這里的“雙胞胎”是數字雙胞胎。按照美國航空航天局（NASA）給出的最權威解釋，數字孿生是指充分利用物理模型、傳感器、運行歷史等數據，集成多學科、多尺度的仿真過程，它作為虛擬空間中對實體產品的鏡像，反映了相對應物理實體產品的全生命周期過程。說得通俗些，數字孿生就是將現實世界的物理體或者系統以及流程等復制到虛擬空間，生成一個“克隆體”，二者因此不同于物理世界中的“雙胞胎”存在于同一時空維度，數字孿生中的雙胞胎分列于兩個平行世界。

既然數字雙胞胎中有一個是“克隆體”，那么很多人可能就認為數字孿生就是日常生活中大家可以隨手拈來的拍照留影，或者再高深一點就是人們能夠理解的仿真模擬技術。其實不然。數字孿生除實時與準時創建與物理實體等價的“克隆體”外，更重要的是它還會“動”，即根據傳感現實數據、歷史數據以及物理本體周邊場景數據進行仿真分析，為物理實體的后續運行產生和輸出改進與優化方案，并輻射到物理實體的全生命周期過程，因此，雙向性即本體向孿生體輸出數據和建成模型，同時孿生體向本體反饋信息和輸出優解是數字孿生的核心特征，數字孿生與僅能對物理目標進行機械化與單向化投射的拍照與仿真技術由此鮮明區別開來，同時也由此看出，數字孿生可以支持與引導人們穿越虛實界墻，在物理主體與數字模型之間自由交互與行走，實現現實世界與虛擬世界的彼此交融。

當然，數字孿生中的確有仿真技術的作用，但后者只能是功能角色之一，圍繞在數字孿生周圍的還有VR和AR（虛擬現實與增強現實）、大數據、傳感器、物聯網（IoT）以及人工智能等強大技術矩陣，而且缺一不可，比如沒有物聯網技術，數字孿生就不可能實現兩個世界端與端的鏈接，而失去傳感器，數據就只能孤立存在于現實物體，更談不上虛擬世界的信息反饋，同樣，離開了人工智能，數字模型就等于失去了“大腦”，數字孿生只能成為僅有軀殼的“胚胎”。當然，在這一技術方陣中，數字孿生也猶如可以點火的引擎，帶動各個技術細胞次序活躍與協同運轉。

全球范圍內最先使用數字孿生的是美國國家航空航天局（NASA）的阿波羅項目，該計劃構建了兩個相同的航天飛行器，其中一個發射到太空執行任務，另一個在地球上用于反映太空中航天器在任務期間的工作狀態，輔助工程師分析處理太空中出現的緊急事件。其中地面的航天飛行器通過乘員、座艙和任務控制臺與多臺計算機的模擬構建而成。此舉對作為NASA供應商的工業生產廠家觸動與啟發很大，尤其是隨著最近幾年發達國家先后提出工業4.0、智能制造以及工業互聯網戰略，工業制造領域于是成為了數字孿生最為活躍的戰場。

對于企業來說，往往一項新的設備在首次投入使用時會存在風險，比如操作不當導致關鍵零部件或者整套設備損壞等，但有了數字孿生，企業就不需要進行不確定性實地風險測試，實體生產過程都會在有備無患的狀態啟動與展開。另外，賽博空間（計算機以及計算機網絡里的虛擬現實）的數據模型一般與實體物理設備同步進行，傳統狀態下企業檢修或者維修機器設備，往往會產生停工停產等不小的機會成本，但一旦實現數字孿生，所有的故障都首先在桌面上檢測后排除，繼而反饋到實體設備完成檢修任務，整個過程不會影響到機器作業程序，生產效率由此大大提高。

除了生產設備可以通過數字孿生變得格外流暢與非常健康外，作為工業企業最重要的價值載體，產品及其生產更能夠在數字孿生的武裝下變得更完善與更利落，即從產品的設計，到產品的制造均可以通過數據建模實現全流程的監控分析，從中既可以及時調整與完善產品的形狀、結構以及工藝，又可以發現產品的質量瑕疵，并進行同步性修補與改善。同樣的道理，企業的整條產品生產線也可以數字孿生，借助賽博空間生產線的等價映射鏡像，提前優化生產流程中的資源與要素配置，同時捕捉與清除相關的線上堵點，達到對整個產品生產活動的風險隔離與健康管理。

數字孿生當然可以延伸到后續服務層面。比如通過對產品的幾何形狀、性能、歷史銷售、用戶反饋等進行建模，就可以改變傳統的產品運行“黑箱”狀態，實時監測產品的使用與運轉狀況，發現產品具體功能偏差的同時，更能提前預判產品零部件的損壞時間界面，以便主動、及時和提前提供維護服務。根據知名咨詢公司Gartner發布的分析報告，基于數字孿生的產品智能服務，維修人員的響應時間從原來的300分鐘縮短到了15分鐘，同時一次性修復率從75%提升到92%。

智能車間與智能工廠是數字孿生的可視化成果。任何一個車間與企業，都可以將機器裝備、生產制造體系以及倉儲設備等孿生成賽博空間的等價數據模型，并借此對實體物理基礎設施的工作狀況進行同步及時的測試與檢測，從中揭示人機匹配與交互程度，勘驗固定資產使用壽命和折舊必要性，同時分析與跟蹤產量進度指標與產品庫存態勢，預測與排除要素搭配中的掣肘與障礙，發現與糾正生產過程中的偏差與失誤，確保企業基礎設施與生產能力在最佳生命時段與優化情景中運行遞進。

實體企業的應用案例有力佐證了數字孿生的重要價值。美國通用電氣共擁有120萬個數字孿生體，號稱在每個引擎、每個渦輪、每臺核磁共振創造了一個數字孿生體，由此造就了GE成為了美國工業互聯網的排頭兵；在產品制造領域，勞斯萊斯使用數字孿生風扇葉片來制造超級噴氣發動機，產生了降低燃油消耗25%的效果；產品研發方面，葛蘭素史克疫苗研發及生產通過“數字雙胞胎”的監控，企業的質量控制開支減少13%，返工和報廢減少25%，合規監管費用減少了70%。另外，騰訊的數字孿生應用案例更能全面說明問題。在工業領域，騰訊為瑞泰馬鋼打造了“透明工廠”，從生產資料進入、訂單匹配、排產以及到生產管理，數字孿生可以幫助其生產效率提高12%，故障率降低25%，品質提升10%。在低碳生產上，瑞泰馬鋼的單位產值能耗大幅降低，從90公斤標準煤/萬元減少到35公斤標準煤/萬元，有效實現了節能減排。

基于數字孿生的巨大價值， Gartner連續六年將“數字孿生”列為當年的十大戰略科技發展趨勢，并預測未來這一技術物種還會產生更大的破壞性創新。據Gartner統計，目前全球部署物聯網的企業和組織中已有16%應用數字孿生，62%的組織正在準備使用數字孿生；同時Gartner預測，明年全球將有超六成的大型工業企業使用數字孿生，從而使這些企業的效率提高10%；2024年會有超過25%的全新數字孿生將作為新IoT原生業務應用的綁定功能被采用。值得注意的是，除了在工業制造舞臺上盡展風姿外，數字孿生還可在工程建筑、醫學分析等行業助力賦能，更能在城市基礎設施建設、居民出行服務等領域大顯身手，因此國際數據公司IDC預測，到2025年，全球數字孿生市場規模將增至264.6億美元。

（作者系中國市場學會理事、經濟學教授）

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