2020年，一場(chǎng)新型冠狀病毒的爆發(fā)和傳播導(dǎo)致大量制造業(yè)工廠關(guān)閉或停工，給出口導(dǎo)向型經(jīng)濟(jì)局面帶來(lái)重大損失。2021年，持續(xù)的疫情影響帶來(lái)采購(gòu)和供應(yīng)的延遲。在此期間，醫(yī)療和食品飲料行業(yè)率先加大了對(duì)數(shù)字孿生技術(shù)的使用，減輕了疫情對(duì)2020年底到2021年初市場(chǎng)造成的負(fù)面影響。

　　與此同時(shí)，作為國(guó)家戰(zhàn)略重要一環(huán)的制造業(yè)，也在這一危機(jī)中逐漸體會(huì)到利用數(shù)字孿生技術(shù)降低成本，優(yōu)化供應(yīng)鏈運(yùn)營(yíng)的優(yōu)勢(shì)。越來(lái)越多的制造企業(yè)開(kāi)始重視并將數(shù)字孿生技術(shù)納入整個(gè)制造周期中，這種情況在疫情后期，表現(xiàn)得尤為明顯。據(jù)MarketsandMarkets市場(chǎng)調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，2022年全球數(shù)字孿生市場(chǎng)規(guī)模約為69億美元，今后五年，該市場(chǎng)還將以高達(dá)60.6%的復(fù)合年均增長(zhǎng)率持續(xù)增長(zhǎng)，在2027年達(dá)到735億美元。

　　龐大市場(chǎng)如何締造

　　相信不論對(duì)于哪一個(gè)行業(yè)而言，60.6%的復(fù)合年增長(zhǎng)率都是一個(gè)值得驚嘆的數(shù)字。數(shù)字孿生行業(yè)何以見(jiàn)得會(huì)有如此大的市場(chǎng)潛力呢？接下來(lái)我們一起來(lái)分析一下。

　　首先，制造業(yè)愈發(fā)重視數(shù)字孿生。對(duì)于制造業(yè)而言，計(jì)劃外停機(jī)和生產(chǎn)浪費(fèi)嚴(yán)重可能是每一家企業(yè)都會(huì)面臨得問(wèn)題。因此，他們需要尋找到一種能夠預(yù)測(cè)缺陷和故障的系統(tǒng)，以避免損失。

　　數(shù)字孿生的使用能夠減少制造所需的額外時(shí)間和成本。用數(shù)字孿生創(chuàng)建的數(shù)字原型可用于運(yùn)行模擬，通過(guò)實(shí)施數(shù)字孿生，工程師可以在設(shè)計(jì)階段的任何情況下，以更短的時(shí)間和更低的成本修改不斷變化的物理原型來(lái)優(yōu)化產(chǎn)品性能。數(shù)字孿生在制造業(yè)中有許多應(yīng)用，如配置管理、資產(chǎn)管理、過(guò)程控制、性能管理和仿真建模等。

　　數(shù)字孿生技術(shù)中使用的數(shù)據(jù)是歷史數(shù)據(jù)，在少數(shù)情況下，數(shù)字孿生體以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)運(yùn)作。分析人員可以利用數(shù)字孿生更好地理解供應(yīng)鏈的行為，預(yù)見(jiàn)異常情況，并制定行動(dòng)計(jì)劃來(lái)降低成本和提高流程效率。數(shù)字孿生能夠有效幫助企業(yè)識(shí)別趨勢(shì)并模擬各種流程變化的影響，以改善供應(yīng)鏈設(shè)計(jì)測(cè)試，以及監(jiān)測(cè)風(fēng)險(xiǎn)和測(cè)試概率。它還提供了連續(xù)的、端到端的與供應(yīng)鏈相關(guān)的所有流程和問(wèn)題的圖像，使制造商能夠更快地解決問(wèn)題，并盡可能減少人為干預(yù)。這些數(shù)字孿生收集的數(shù)據(jù)幫助企業(yè)發(fā)現(xiàn)交付階段的潛在風(fēng)險(xiǎn)。例如，貨運(yùn)數(shù)字孿生將依賴從傳感器收集的數(shù)據(jù)¬?該數(shù)據(jù)在整個(gè)運(yùn)輸過(guò)程中不斷更新，對(duì)其進(jìn)行評(píng)估以識(shí)別運(yùn)輸和交付過(guò)程中的性能和遇到的瓶頸。

　　其次，對(duì)高級(jí)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析的日益重視。數(shù)字孿生可用于創(chuàng)建組件、裝配、人員或整個(gè)制造工廠的孿生，并且能夠以多種方式組合，以創(chuàng)建具有大量數(shù)據(jù)和信息源的解決方案。數(shù)字孿生技術(shù)的基礎(chǔ)是數(shù)據(jù)和分析，它的關(guān)鍵要素包括監(jiān)控現(xiàn)實(shí)對(duì)象和對(duì)現(xiàn)實(shí)對(duì)象建模的能力。此外，在現(xiàn)實(shí)世界中監(jiān)控某個(gè)項(xiàng)目時(shí)，還能查詢或獲取有關(guān)特定事件或變化的警報(bào)。所有這些數(shù)字孿生的元素都包含了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析，數(shù)字孿生和分析一旦建立，就能夠進(jìn)行更精確的診斷、預(yù)測(cè)和操作優(yōu)化。制造企業(yè)在看到人工智能和數(shù)據(jù)分析帶來(lái)的益處后，已經(jīng)紛紛開(kāi)始著手布局?jǐn)?shù)字孿生技術(shù)。

　　最后，在新冠疫情爆發(fā)前，全球發(fā)展中國(guó)家對(duì)智慧城市基礎(chǔ)設(shè)施的需求不斷增長(zhǎng)，然而由于疫情對(duì)各行各業(yè)的不利影響，新建項(xiàng)目、智慧城市項(xiàng)目、智慧基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目等被暫時(shí)擱置。此外，許多被推遲的項(xiàng)目即使在2020年和2021年恢復(fù)后，它們也落后于最初的計(jì)劃。綜合這些因素可以得出結(jié)論：在疫情期間，全球數(shù)字孿生市場(chǎng)增長(zhǎng)有所下降并進(jìn)一步放緩，然而，市場(chǎng)預(yù)計(jì)將在后疫情時(shí)期繼續(xù)增長(zhǎng)。

　　行業(yè)應(yīng)用逐漸深入

　　如果說(shuō)汽車(chē)行業(yè)是制造業(yè)的支柱性行業(yè)之一，那么航空航天無(wú)疑是制造業(yè)的高精尖行業(yè)。這兩個(gè)領(lǐng)域是如何應(yīng)用數(shù)字孿生技術(shù)的呢？

　　近年來(lái)，數(shù)字孿生在設(shè)計(jì)、仿真、MRO（維護(hù)、修理和大修）、生產(chǎn)和售后服務(wù)方面的應(yīng)用越來(lái)越多。數(shù)字孿生能夠分析車(chē)輛設(shè)計(jì)制造階段在不同時(shí)間和條件下收集的性能數(shù)據(jù)。例如，數(shù)字孿生能夠?qū)崿F(xiàn)賽車(chē)引擎的可視化，以確定維護(hù)可能燒壞或損壞的組件的必要性。即使在售后階段，也會(huì)使用數(shù)字孿生來(lái)收集反饋。數(shù)字孿生通過(guò)監(jiān)控需要更換的系統(tǒng)或部件，向相關(guān)團(tuán)隊(duì)發(fā)出更換警報(bào)，從而幫助確保車(chē)輛的安全。

　　數(shù)字孿生是與人工智能（AI）、機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）、物聯(lián)網(wǎng)（IoT）和云計(jì)算一起用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)的新興技術(shù)之一。在航空航天領(lǐng)域中，真正的零件設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)所需的成本是巨額的，即便是原型設(shè)計(jì)花費(fèi)也不低。航空航天企業(yè)在研發(fā)中利用數(shù)字孿生在廣泛的場(chǎng)景中模擬新零件性能，從而改進(jìn)新零件的工程設(shè)計(jì)。此外，航空航天企業(yè)還利用數(shù)字孿生來(lái)開(kāi)發(fā)一個(gè)/多個(gè)關(guān)鍵系統(tǒng)，如機(jī)身、推進(jìn)和儲(chǔ)能系統(tǒng)、航空電子設(shè)備和熱保護(hù)系統(tǒng)。

　　在數(shù)字孿生技術(shù)發(fā)展的過(guò)程中，有一個(gè)地域尤為重要?北美。北美地區(qū)是數(shù)字孿生技術(shù)的早期采用者之一，大多數(shù)數(shù)字孿生供應(yīng)商位于北美地區(qū)，包括微軟（美國(guó)）、IBM（美國(guó)）、亞馬遜云計(jì)算服務(wù)（AWS）（美國(guó)）和通用電氣（美國(guó)）。值得一提的是，美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）也是北美數(shù)字孿生的早期采用者。該地區(qū)集中了貝爾飛行（美國(guó)）、Bye Aerospace（美國(guó)）、洛克希德馬?。绹?guó)）和波音（美國(guó)）等航空航天企業(yè)，他們不斷加大對(duì)數(shù)字孿生技術(shù)的投入，并利用該技術(shù)進(jìn)行大規(guī)模研發(fā)以優(yōu)化其生產(chǎn)，減少停機(jī)時(shí)間和運(yùn)營(yíng)成本。

　　例如，2021年8月，通用電氣對(duì)其分析軟件Proficy CSense進(jìn)行了升級(jí)。該軟件利用人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)以及流程數(shù)字孿生來(lái)識(shí)別問(wèn)題，分析根本原因，預(yù)測(cè)未來(lái)性能并進(jìn)行自動(dòng)化操作。北美地區(qū)擁有成熟的數(shù)字孿生實(shí)踐生態(tài)系統(tǒng)，并且美國(guó)存在大型汽車(chē)運(yùn)輸、航空航天、化學(xué)能源和公用事業(yè)以及食品飲料公司。這些行業(yè)正在用先進(jìn)的解決方案取代傳統(tǒng)方法，以提高性能效率并降低整體運(yùn)營(yíng)成本，從而進(jìn)一步推動(dòng)該地區(qū)數(shù)字孿生技術(shù)市場(chǎng)的增長(zhǎng)。

　　亟待克服的難題

　　任何技術(shù)的開(kāi)發(fā)和推廣都會(huì)遇到一定程度的阻礙，隨著數(shù)字孿生技術(shù)更多地被應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)，其發(fā)展所面臨的問(wèn)題也逐漸浮現(xiàn)。一方面，數(shù)據(jù)收集和數(shù)學(xué)模型的建立具有一定的復(fù)雜性。數(shù)字孿生能夠通過(guò)準(zhǔn)確捕獲物理屬性和模擬行為來(lái)對(duì)簡(jiǎn)單/復(fù)雜的對(duì)象及其關(guān)系進(jìn)行建模，其中主要的問(wèn)題是獲取正確格式的數(shù)據(jù)。構(gòu)建數(shù)字模型需要貝葉斯估計(jì)或貝葉斯統(tǒng)計(jì)等經(jīng)典數(shù)學(xué)技術(shù)，然而世界上大多數(shù)人對(duì)貝葉斯統(tǒng)計(jì)缺乏經(jīng)驗(yàn)。此外，世界各地的組織還缺乏統(tǒng)一的數(shù)據(jù)。

　　在企業(yè)中，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在各個(gè)孤島。開(kāi)發(fā)數(shù)字孿生模型所需的數(shù)據(jù)（歷史數(shù)據(jù)或當(dāng)前數(shù)據(jù)）可以通過(guò)各種格式從客戶端訪問(wèn)。例如，供應(yīng)鏈中的一些數(shù)據(jù)是pdf格式的，而其他數(shù)據(jù)是工程模型或CAD模型。因此，組織來(lái)自不同來(lái)源的數(shù)據(jù)對(duì)于數(shù)字孿生開(kāi)發(fā)人員來(lái)說(shuō)是一個(gè)難題。此外，創(chuàng)建數(shù)字孿生還需要?dú)v史系統(tǒng)、設(shè)備故障和其他數(shù)學(xué)系統(tǒng)的詳細(xì)藍(lán)圖。例如，應(yīng)該為數(shù)字孿生提供有關(guān)設(shè)備故障模式的數(shù)據(jù)以預(yù)測(cè)故障。設(shè)備或資產(chǎn)配置或運(yùn)行狀態(tài)的任何更改都需要對(duì)數(shù)字孿生進(jìn)行重塑，這增加了維護(hù)數(shù)字副本的復(fù)雜性。

　　另一方面，建立和安裝數(shù)字孿生及其相關(guān)技術(shù)需要巨額投入。其中相關(guān)技術(shù)有諸如智能自動(dòng)化和IIoT連接控制、產(chǎn)品生命周期管理（PLM）、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）和3DCAD、制造過(guò)程管理（MPM）、制造運(yùn)營(yíng)管理（MOM）、基于模型的系統(tǒng)工程（MBSE）、企業(yè)資源規(guī)劃（ERP）和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）/虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）/擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)（XR）等。如果企業(yè)缺乏必要的構(gòu)建模塊和配套技術(shù)，建立數(shù)字孿生的成本就會(huì)更高，這就大大增加了企業(yè)的整體制造成本，也將可能會(huì)阻礙企業(yè)采用該技術(shù)。

　　盡管困難依然存在，但是在去年，我們也看到一些著名企業(yè)紛紛在數(shù)字孿生領(lǐng)域做出了新的嘗試，為該行業(yè)的發(fā)展注入了更多希望和動(dòng)力：

　　2022年4月，通用電氣旗下GE Research（美國(guó)）和GERenewable Energy（法國(guó)）合作開(kāi)發(fā)了一項(xiàng)尖端的人工智能（AI）/機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）技術(shù)，該技術(shù)有可能在未來(lái)十年為全球風(fēng)電行業(yè)節(jié)省數(shù)十億美元的物流費(fèi)用。通用電氣的人工智能（AI）/機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）工具使用風(fēng)力渦輪機(jī)物流流程的數(shù)字孿生來(lái)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)和簡(jiǎn)化物流成本。根據(jù)目前的行業(yè)增長(zhǎng)預(yù)測(cè)，人工智能（AI）/機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）可能會(huì)使物流成本降低10%，這意味著到2030年，全球風(fēng)能行業(yè)每年可節(jié)省高達(dá)26億美元的成本。

　　2022年3月，微軟宣布與Newcrest建立戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系。Newcrest的采礦業(yè)務(wù)將采用微軟Azure作為其首選的全球云供應(yīng)商，通過(guò)數(shù)字孿生來(lái)提高運(yùn)營(yíng)績(jī)效和開(kāi)發(fā)具有高影響力的可持續(xù)性數(shù)據(jù)模型。

　　2022年2月，ANSYS和亞馬遜云計(jì)算服務(wù)（AWS）宣布開(kāi)展戰(zhàn)略合作，對(duì)基于云的工程模擬進(jìn)行改造。這種合作關(guān)系將使ANSYS的產(chǎn)品能夠部署在AWS上，使模擬工作負(fù)載更加人性化，同時(shí)也提供了可擴(kuò)展性和靈活性，能夠從任何網(wǎng)絡(luò)瀏覽器輕松訪問(wèn)軟件和存儲(chǔ)解決方案。ANSYS整合AWS的全面框架，其中包括計(jì)算、存儲(chǔ)、物聯(lián)網(wǎng)（IoT）、數(shù)字孿生、分析和機(jī)器學(xué)習(xí)等產(chǎn)品。

關(guān)注讀覽天下微信， 100萬(wàn)篇深度好文， 等你來(lái)看……