作为时下最时髦的话语—“数字孪生”，大多数人对它的理解是三维可视、酷炫、逼真、动态等感官感受。无可厚非，数字孪生最直接的、最引人入胜的或许就是无比贴近的、现实的三维模型所带给人们的直面体验。
科幻电影《普罗米修斯》中，一个红色的激光球飞行一圈就将整个山洞环境的3D场景投射到桌面上，进入山洞的人可以借此判断前行的方向。
《钢铁侠》里也有一个十分有意思的片段，托尼·史塔克在设计、改进和修理战衣的时候，并不是在图纸或实物上进行操作，而是通过一个虚拟的影像映射来实现，整个过程中，一个可视智能化的数字设计场景清晰地呈现在他面前。
同样，由成龙主演的《十二生肖》里面也有类似的镜头，通过“手套”扫描复刻十二生肖铜像。
类似以上这些影视片段所呈现的技术，或许就是未来科学的发展方向，也是三维数字“理想”的应用方向。当前，伴随着人类的科技探索步伐不断加快，在不断实践中，也出现了一个特定的概念，即“数字孪生”。
什么是数字孪生?
数字孪生是一种实现物理系统向信息空间数字化模型映射的关键技术(如下图所示), 它通过利用布置在系统各部分的传感器, 对物理实体进行数据分析与建模, 形成多学科、多物理量、多时间尺度、多概率的仿真过程, 将物理系统在不同真实场景中的全生命周期过程反映出来, 数字孪生可以通过集成多维物理实体的数据, 辅以数据分析和仿真模拟， 近乎实时地呈现物理实体的实际情况, 并通过虚实交互接口对物理实体进行控制。
简单的说来，数字孪生主要由三部分组成:
● 物理空间的物理实体;
● 虚拟空间的虚拟实体;
● 虚实之间的连接数据和信息;
物联网、大数据、人工智能等全新一代信息技术飞速发展，对促进制造业数字化、网络化、智能化过程具有关键作用，尤其是信息技术对数据信息的强大计算和分析能力为制造业发展开拓焕然一新的发展空间，IT和OT的结合愈来愈受到制造企业的关注。伴随着全新一代信息技术与制造业紧密结合发展，工业互联网变为制造业从“显”到“隐”的切入点，互联网从“虚”向“实”的载体。工业互联网飞速发展离不了技术支持，包括机器学习、边缘计算、5G、物联网、标识解析、数据治理、工控安全等都是工业互联网的关键技术(如下图)。
伴随着工业互联网的运用推动，数字孪生被赋予了新的活力，工业互联网拓宽了数字孪生的价值链条和生命周期，展示出数字孪生基于模型、数据信息、服务方面的的优势和能力，打通了数字孪生运用和迭代优化的实际路径，正变为数字孪生的孵化床。
数字孪生基于物理实体的基本状态，以动态实时的方式将构建的模型、采集的数据信息作出高度写实的分析，用于物理实体的监测、预测分析和优化。另外，数字孪生做为边缘侧技术，能够有效的连接设备层和网络层，变为工业互联网平台的知识萃取工具，不断地将工业系统中的碎片化知识传送到工业互联网平台中，不同成熟度的数字孪生体，将不同颗粒度的工业知识重新组装，通过工业APP进行调用。因此，工业互联网平台是数字孪生的孵化床，数字孪生是工业互联网平台的关键场景。
01
工业互联网重塑数字孪生闭环
数字孪生，以数字化方式为物理对象构建高写实虚拟模型，并模拟、分析、预测其行为，为完成信息技术与制造业结合铺平了道路。借助数字孪生，能够集成复杂的制造工艺，完成产品设计，制造和智能服务等闭环优化，数字孪生将变为未来数字化企业发展的关键技术。
在工业互联网定义出现之前，数字孪生的定义还仅仅只是停留在软件环境中，例如几何建模的CAD系统、产品生命周期管理的PLM等。但伴随着工业互联网的出现，网络的连通效应促使各个数字孪生在设备资产管理、产品生命周期管理和制造流程管理中开始出现关联、互相补充。
例如下图，寄云科技就利用其工业互联网平台——NeuSeer，与安世亚太共同研究数字孪生在仿真和生产过程的应用，在实际过程中由于样本库以及数据质量的原因，分析结果往往会存在偏差或误报警，如何在短时间形成有效的实时监控，减少数据误差和提升人工规则设定不准的能力。基于此，寄云科技NeuSeer工业互联网平台在后期会结合安世亚太的仿真能力，在实际运行过程中实现实时数据和仿真模型的互动分析，提高实时采集数据判断精度和规则配置的有效性，完成数字孪生不同应用场景数据信息的打通。通过破除设备、设计、制造、维护等产品生命周期隔离，打通构成数字孪生的闭环。
02
工业互联网平台激活数字孪生生命
伴随着制造业不断地发展，数字孪生尽管暂未成为主流，却成为每一个数字化企业都需要关注的技术。数字孪生的核心是模型和数据信息，但虚拟模型搭建和数据分析需要专业化的知识，对于不具备有关知识的人员，搭建和应用数字孪生任重而道远，工业互联网刚好能够解决以上所述问题，通过平台实现数据分析外包、模型共享等业务。
具体而言，物理实体的各类数据采集、交换，都需要借助于工业互联网来实现，通过平台具备的资源聚合、动态配置、供需对接等优势，整合并通过各类资源，赋能数字孪生。比如说，通过工业互联网平台向下将边缘侧基础设施同数字孪生体关联，向上将数据信息传输、储存在云端，其他用户也可以依据自身需要通过平台的服务来建立数字孪生体，可以说工业互联网平台激活了数字孪生的生命。
03
数字孪生助力IT与OT结合
工业互联网是企业数字化转型过程中重要的一环，加快了IT和OT各要素的结合，数据信息是结合过程中最重要的粘合剂，要让IT部门和OT部门结合的更好，首先要处理好数据信息这一项隐型的资产。除此之外，工业互联网正在尝试打破企业的界限，尝试填满IT与OT之间的各类缝隙，打造软件定义、数据驱动、模式创新的新生态，而数字孪生刚好为融合发展提供了数据信息和技术的接口。
在产品设计过程中，数字孪生能够展示、预测，分析数字模型和物理世界之间的互动过程。基于数字孪生的设计是基于原有物理产品的虚拟映射，研究海量数据信息以获取有价值的知识进行产品创新。
在设计产品的功能结构特征和组件后，需要测验设计质量和可行性的过程中，借助于数字孪生，设计人员能够通过检验虚拟产品迅速地模拟运行情况，完成虚拟设计和虚拟运行。服务封装后，模型服务能够通过服务搜索、匹配、调度和调用来应用。通过服务，数字孪生有效地应用于产品设计中，降低预期行为和设计行为的不一致产生的改动，大大缩短设计周期，降低设计成本。
在产品生产过程中，通过订单到交付的流程，在生产环节构建每一个设备、产线、工序、产品、环境、能耗的数字孪生体，通过物联网平台进行实时的信息采集，结合大数据的分析模型提供进一步的指标分析，在生产过程中进行动态排产、能耗优化、质量溯源、根因分析、产能预测、设备健康管理等一系列的应用管控，帮助企业最大程度的了解生产动态、平衡生产成本以及提升生产能力。
除此之外，售后增值服务成为企业市场竞争及能力提升的一大关注点(如下图所示)，通过工业互联网构建的数字孪生模型，能够帮助企业和业主进行远程管控，远程巡检以及边缘控制，提升无人值守能力，减少安全事故，优化产品功能设计缺陷等等。
可以看到在工业4.0的时代，不仅从感官、更是从实际状态、再到数据产生的量化指标，数字孪生已经可以从研发、生产、售后形成闭环，工业互联网作为支撑平台将在数字孪生的世界里发挥巨大价值。
文章来源于圣彭聊事 ，作者圣彭
（转载）
