到2023年，全球數字雙胞胎市場預計將達到150億美元，2017年至2023年的復合年增長率(CAGR)為37%。通用電氣、IBM和微軟等主要公司正在使用數字雙胞胎技術來優化產品和服務、執行預測性維護和健康監控，以及設計新產品。Gartner將數字雙胞胎列為2019年十大技術趨勢之一，并指出這項技術的重點將是物聯網。

以下是對數字雙胞胎技術的簡要概述，以及對數字雙胞胎和物聯網之間關系的更深入研究，以及一些現實世界的例子，以展示這些虛擬模型的好處。

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概念：什么是數字雙胞胎技術?

數字雙胞胎是物理對象的精確復制品，在物理世界和數字世界之間建立聯系。Gartner將其定義為“現實世界實體或系統的數字表示”。

它是由計算機輔助設計(CAD)和工程師在云中實現的虛擬表示。在虛擬環境中，它的功能與物理版本完全相同，即使是大型、復雜的項目或系統也可以復制，例如工廠和城市。

數字雙胞胎不能取代物理對象或系統——發動機的數字雙胞胎不會讓您的車輛運行。所以這不像將您所有的照片轉移到云端，然后丟掉原始硬盤。相反，數字雙胞胎允許您在一個安全的環境中監控和測試物理物體，而不必靠近它們，例如，您可以使用數字雙胞胎來測試設備如何響應突然的溫度峰值，這可以幫助您設計和實施安全措施，而無需進行真實的(并且可能具有風險的)測試。

藍圖：如何建立數字雙胞胎

數字雙胞胎是利用附著在物理設備上的傳感器構建的，這些傳感器收集大量數據。傳感器收集的數據讓數字雙胞胎的行為方式和物理雙胞胎完全一樣。您可以監控資產健康狀況，測試新想法，并運行各種模擬，以準確發現物理資產對不同刺激或環境的反應。

這個概念已經存在一段時間了，但是形式更為基本。計算機生成的新產品模型是早期數字雙胞胎的一個很好例子。但是由于以下技術進步和功能，現代數字雙胞胎卻有所不同：

• 更強大的模型，專注于特定的業務成果。
• 與物理版本的連接，通常具有實時監控和/或控制。
• 使用人工智能和數據分析來發現提高效率的機會。
• 創建情境以做出明智的業務決策能力。

以下是實現數字雙胞胎技術的一些技巧：

目標明確——您期望從數字雙胞胎中獲得什么商業利益?盡早明確目標是確保數字雙胞胎技術得到適當應用的關鍵。

• 評估您的準備情況——您是否具備采用數字雙胞胎技術所需的內部技能?如果不具備，那么您將需要找到一個具備所需技能的團隊。
• 保持簡單——數字雙胞胎并不總是正確的答案，您也許可以用更傳統的方法來實現同樣的目的。例如，如果您可以使用物聯網傳感器的數據有效地監控和維護設備，而無需在數字雙胞胎環境中與數據進行交互，那么啟用這項技術只會增加不必要的復雜性。
• 跟蹤進度——雖然可能需要一些時間來確定數字雙胞胎項目的執行情況，但您需要識別并捕獲關鍵績效指標(KPI)，以便客觀地評估對業務的影響。

如果要在組織中部署數字雙胞胎，還需要考慮技術因素和特定的技能要求。您的網絡和團隊必須能夠支持和提供：

• 持續的數據收集
• 大數據分析，包括正確使用數據的算法
• 數據分析師和團隊成員非常了解數據模型，能夠從數字雙胞胎中獲得價值并做出正確的業務決策

數字雙胞胎和物聯網

物聯網使數字雙胞胎技術的擴展成為可能。數字雙胞胎需要來自物理資產的數據，而物聯網傳感器能夠提供這些數據。

隨著物聯網傳感器變得越來越先進、成本越來越低，它使得在更多的企業以及更廣泛的對象和系統中采用數字雙胞胎成為可能。隨著物聯網設備收集更多數據，數字雙胞胎技術幫助開發人員和數據科學家優化物聯網系統，并在部署前評估潛在場景。

到2020年，預計30%的G2000公司將使用數字雙胞胎技術來提高產品創新和生產力。隨著企業對數字雙胞胎能做什么有了更深入的了解，應用將變得更加先進。例如，用人工智能創建的高級模擬將允許組織執行更深入的分析，并創建新的令人興奮的產品。

該技術特別為工業物聯網帶來了許多希望，制造業是擁抱數字雙胞胎的主導產業，而設備維護和運營效率是數字雙胞胎有益于工業物聯網的一些領域。

為了蓬勃發展，制造業和工程組織應該擁抱數字雙胞胎。將數字雙胞胎技術與物聯網結合使用可帶來以下好處：

1. 預測性維護

數字雙胞胎提供了生產車間中每臺設備如何工作的精確畫面，使您能夠立即識別問題。您不再需要依賴于基于年限或用途的概括或假設，每臺設備都可以作為一個獨特的單元進行精確跟蹤和監控。

檢測到來自物聯網傳感器數據中的異常模式，并將其用于數字雙胞胎的預測模型，以在故障發生之前進行預測。這使您能夠通過模擬來預測設備在不同條件和環境下的行為，例如找出一臺設備如何應對惡劣環境或溫度的突然變化。更好的是，您可以遠程解決這些問題，縮短解決時間。

2. 運營效率

一個潛在的問題解決方案可以先在一個數字雙胞胎上測試，既節省了資源，又提高了安全性。隨著技術應用的擴展，數字雙胞胎將被用于監控整個生產流程，減少停機時間并防止錯誤發生。

3. 創新

數字雙胞胎讓您在使用數字原型構建完整版的物理設備之前運行模擬。虛擬原型是基于物理原型的，允許您在降低成本的同時優化產品。收集到的數據還可用于改進現有的產品和服務，從而提高客戶滿意度和銷售額。

4. 降低成本

還可以利用該技術通過預測性維護和資產優化來延長資產的使用壽命，從而降低運營甚至資本支出。

現實世界場景：數字雙胞胎應用

• 通用電氣——通用電氣已經為公用事業開發了一個數字雙胞胎網絡，它提供了公用電網的全面視圖。資產、運營和環境方面的數據與分析和機器學習相結合，以改進預測性維護、運營效率和客戶服務。
• Kaeser——Kaeser利用數字雙胞胎進行創新。該公司現在提供一項服務，通過數字雙胞胎來監控和維護這些資產，實時數據監控性能并測量實際使用情況。自從實施這項新服務以來，產品成本已經降低了30%。
• 大眾——大眾為其車輛創建數字原型，以優化產品生命周期管理。所有員工都可以獲得每種車型的實時詳細數據，從而改進設計、質量保證和裝配。

一些公司提供產品和工具來幫助其他企業部署數字雙胞胎。IBM提供了幾款具有數字雙胞胎功能的產品，包括IBM Rational Rhapsody和Rational Engineering life Manager。微軟還通過其Azure 數字雙胞胎產品，讓組織更容易探索數字雙胞胎技術，該平臺配有預定義和可擴展的雙胞胎對象模型，用于構建特定于您所在行業的數字雙生對象。

預測性維護、運營效率以及產品設計和測試方面的改進使數字雙胞胎對工業物聯網特別有吸引力——但該技術已在所有行業中普及。數字雙胞胎在未來業務中將扮演什么樣的角色還有待觀察，但可以肯定地說，我們所有人都應該對這項技術及其潛力有一個基本的了解。