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白皮書預測:2021年將有50%大型工業企業應用數字孿生

日期:2020-08-14  來源:互聯網    點擊:
       日前國家發改委印發的一份《關于推進“上云用數賦智”行動 培育新經濟發展實施方案》中,數字孿生技術被多次提及,受關注程度和云計算、AI、5G等一樣,上升到國家高度。方案提出要圍繞解決企業數字化轉型所面臨的數字基礎設施、通用軟件和應用場景等難題,支持數字孿生等數字化轉型共性技術、關鍵技術研發應用,引導各方參與提出數字孿生的解決方案。

數字孿生(Digital Twin)對大部分人而言“不明覺厲”。簡單來說,就是真實的物理實體所對應的1:1數字化鏡像。通過數字技術,將物體、系統、流程等實時映射在數字化系統中,對產品、制造乃至工廠虛擬仿真,創造一個數字版的“克隆體”,是推動產品創新、性能提升的底層邏輯和強大支撐。

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數字孿生已成為數字化轉型進程中炙手可熱的焦點。知名咨詢機構IDC預測,到2020年全球頭部600家企業都會使用數字孿生來提供產品創新。在近日Gartner和樹根互聯共同出版的行業白皮書《如何利用數字孿生幫助企業創造價值?》中也預測,到2021年,半數的大型工業企業將使用數字孿生,從而使這些企業的效率提高10%;到2024年,超過25%的全新數字孿生將作為新loT原生業務應用的綁定功能被采用。

隨著新基建的推進,企業數字化進程加快,數字孿生與工業互聯網的結合,將為制造業的提升帶來更廣闊的想象空間。

數字孿生已悄悄在國內外落地應用

數字孿生對于大型、技術復雜的機器設備,如飛機、火箭等尤為重要。由于這類設備技術含量高,且一旦出錯,代價昂貴,因此,航空航天領域是最早應用數字孿生的領域。2009年美國空軍實驗室提出了“機身數字孿生”的概念。2010年NASA也開始在技術路線圖中使用“數字孿生”術語。

而在工業制造領域,由于虛擬空間數字映射的分析以及與實體的交互,對設備、系統的發展軌跡有一個提前的預測,從而大幅提升企業的態勢感知的能力。而擁有了超前一步的洞察力,必將能指導企業更好的去做相應的業務決策,比如,更合理的檢修時間、更完善的排產計劃,更貼合市場的上市時機……

近年來,以西門子、GE、SAP、PTC、ESI、ANSYS 等為代表的領先企業更是不斷推動著數字孿生的落地。

在生產制造領域:美國GE借助數字孿生這一概念,提出物理機械和分析技術融合的實現途徑,并將數字孿生應用到旗下航空發動機的引擎、渦輪,以及核磁共振設備的生產和制造過程中,讓每一臺設備都擁有了一個數字化的“雙胞胎”,實現了運維過程的精準監測、故障診斷、性能預測和控制優化。

在產品開發領域:勞斯萊斯使用數字孿生風扇葉片來制造超級噴氣發動機,通過模擬物理對象在各種場景下的性能、驗證產品的功能、安全性和質量,避免多個原型的重復開發,并提高了25%的燃油消耗效率。

在全生命周期領域:西門子借助數字孿生的管理工具——PLM(ProductLifecycleManagement)產品生命周期管理軟件將數字孿生的價值推廣到多個行業,并在醫藥、汽車制造領域取得顯著的效果。以葛蘭素史克疫苗研發及生產的實驗室為例,通過“數字化雙胞胎”的全面建設,使復雜的疫苗研發與生產過程,實現完全虛擬的全程“雙胞胎”監控,企業的質量控制開支減少13%,它的返工和報廢減少25%,合規監管費用居然也減少了70%。

在銷售領域:世界最大的軸承制造商SKF已經將數字孿生模型應用到其分銷網絡中, 該模型包含800 個庫存量單位的主要數據, 涵蓋5 個系統的40 個安裝單元, 使供應鏈管理人員能夠基于數字孿生的可視化和完整視圖進行全球化供應鏈管理決策。

近年的數字孿生城市的構建,更是引發城市智能化管理和服務的顛覆性創新。新加坡利用仿真系統CityScope, 實現對城市的仿真優化、規劃決策等功能; 荷蘭第二大城市鹿特丹利用該市的數字孿生系統,來改善基礎設施維護、能源效率、道路和水上交通,以及幫助消防員在緊急情況下出行任務等等。

而在國內,數字孿生已在智慧城市建設中有較多落地應用。比如,雄安新區融合地下給水管、再生水管、熱水管、電力通信纜線等12種市政管線的城市地下綜合管廊數字孿生體讓人驚艷;江西鷹潭“數字孿生城市”榮獲巴塞羅那全球智慧城市大會全球智慧城市數字化轉型獎。

除此以外,在國內石化、電力等領域的大型工程中也不乏數字孿生成功應用的身影。比如:“世紀工程”的中俄東線天然氣管道工程,就利用RayData智能管道可視化交互管理系統,建成全方位、全周期的監控“數字孿生體”,為管道的運營運維、風險排查提供精準、實時的信息數據,成為中國首條“智能管道”的樣板工程,實現了在統一的數據標準下開展可研、設計、采辦和施工。

隨著運營動態數據的不斷豐富,“數字孿生體”將跟隨管道全生命周期而共同生長。比如:上海110千伏博藝站將變電站本體和設備的BIM模型(建筑信息模型)與數字孿生技術融合,集成變電站設備參數、實驗報告、運行狀態等信息,實現實體站與數字孿生站的同步建設,實現了變電站全生命周期的管控。

切勿將數字孿生誤讀為單純的3D呈現

數字孿生雖已走出了學院、實驗室,在真實場景中落地應用。但是,大眾對于數字孿生的認知仍比較模糊。在商業應用中,應該避免對其理解片面或偏差,以為做數字孿生,只是呈現層面上的一些交付。更不能簡單地將數字孿生當成是3D呈現,為了一個“酷炫”的視覺效果而投入大量人力物力來做3D美化。這將不利于數字孿生的更廣泛推廣和未來發展。

事實上,3D呈現只是數字孿生冰山露出海面的一角,隱藏在水下的是大量數據的采集、機理模型的構建、機理仿真、3D建模數據等比較完整的綜合體作為支撐。有了這部分,才能真正產生價值。這也是建設數字孿生真正的難點。尤其是構建模型中新增的大量傳感器,以及相關算法的沉淀和梳理,還有大體量樣本的對比。這些是數字孿生真正在背后要去做的有價值的工作。

數字孿生要在工業制造中發揮價值,要依托工業互聯網平臺,數字孿生可幫助企業全面了解從產品的設計、開發,到生產、上市、直至被使用的全流程。這有助于企業快速發現和解決問題,加快新品上市速度,提高產品質量,優化運營,并開發新的經營模式,提高收益,尤其是提升趨勢感知和決策力。

隨著工業互聯網的應用推進,網絡的連通效用使得各個數字孿生在設備資產管理,產品生命周期管理和制造流程管理中開始發生關聯、互相補充,通過對原材料、工廠制造、銷售、客戶需求一體化的管理,打通構成數字孿生的閉環。

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以工程機械龍頭企業三一集團為例。三一集團通過利用工業互聯網的基礎能力,把數據采集和建模,圍繞產品的全生命周期,從智能研發、智能工廠、智能服務、金融創新方面,帶來可觀的收益和變革。

有詳實的經濟效益數據為支撐。三一集團基于樹根互聯旗下的工業互聯網平臺根云平臺,構建數字孿生智能服務,讓工程師響應時間從原來的300分鐘縮短到15分鐘,渠道備件庫存從10億降到7億;智能研發方面,以往一個研發批次數據分析時長長達一周,目前已縮短到3小時以內,以往一個單位測試數據10G分析需要2~3個小時,目前可以在3~5秒內完成,支撐三一每年下線工程機械新產品96款、研發新技術58項。在智能制造上,在不增加設備投資的情況下,三一集團產值復合增長超過55%,特別是2019年上半年銷售額比去年同比增長60%。

先進技術最終要回歸實際業務中實現價值。在實際應用中,不同企業應用數字孿生有不同的路徑。大型企業由于架構分散,人員、物料和資產數量巨大,可依靠工業互聯網平臺,通過數字孿生的建設,定義和實現集團物理資產、人、資源和企業的數字化建模標準,從而大幅提升企業的數字化轉型速度、降低數字化成本和風險。而對于小型企業而言,針對運營效率不高與資金不足等痛點,可借助公有云的lloT平臺,以較小成本快速實現企業能力的提升。

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