数字双胞胎技术和物联网如何帮助企业取得成功


到2023年,全球数字双胞胎市场预计将达到150亿美元,2017年至2023年的复合年增长率(CAGR)为37%。通用电气、IBM和微软等主要公司正在使用数字双胞胎技术来优化产品和服务、执行预测性维护和健康监控,以及设计新产品。Gartner将数字双胞胎列为2019年十大技术趋势之一,并指出这项技术的重点将是物联网。

 
以下是对数字双胞胎技术的简要概述,以及对数字双胞胎和物联网之间关系的更深入研究,以及一些现实世界的例子,以展示这些虚拟模型的好处。
 
概念:什么是数字双胞胎技术?
 
数字双胞胎是物理对象的精确复制品,在物理世界和数字世界之间建立联系。Gartner将其定义为“现实世界实体或系统的数字表示”。
 
它是由计算机辅助设计(CAD)和工程师在云中实现的虚拟表示。在虚拟环境中,它的功能与物理版本完全相同,即使是大型、复杂的项目或系统也可以复制,例如工厂和城市。
 
数字双胞胎不能取代物理对象或系统——发动机的数字双胞胎不会让您的车辆运行。所以这不像将您所有的照片转移到云端,然后丢掉原始硬盘。相反,数字双胞胎允许您在一个安全的环境中监控和测试物理物体,而不必靠近它们,例如,您可以使用数字双胞胎来测试设备如何响应突然的温度峰值,这可以帮助您设计和实施安全措施,而无需进行真实的(并且可能具有风险的)测试。
 
蓝图:如何建立数字双胞胎
 
数字双胞胎是利用附着在物理设备上的传感器构建的,这些传感器收集大量数据。传感器收集的数据让数字双胞胎的行为方式和物理双胞胎完全一样。您可以监控资产健康状况,测试新想法,并运行各种模拟,以准确发现物理资产对不同刺激或环境的反应。
 
这个概念已经存在一段时间了,但是形式更为基本。计算机生成的新产品模型是早期数字双胞胎的一个很好例子。但是由于以下技术进步和功能,现代数字双胞胎却有所不同:
 
更强大的模型,专注于特定的业务成果。
 
与物理版本的连接,通常具有实时监控和/或控制。
 
使用人工智能和数据分析来发现提高效率的机会。
 
创建情境以做出明智的业务决策能力。
 
以下是实现数字双胞胎技术的一些技巧:
 
目标明确——您期望从数字双胞胎中获得什么商业利益?尽早明确目标是确保数字双胞胎技术得到适当应用的关键。
 
评估您的准备情况——您是否具备采用数字双胞胎技术所需的内部技能?如果不具备,那么您将需要找到一个具备所需技能的团队。
 
保持简单——数字双胞胎并不总是正确的答案,您也许可以用更传统的方法来实现同样的目的。例如,如果您可以使用物联网传感器的数据有效地监控和维护设备,而无需在数字双胞胎环境中与数据进行交互,那么启用这项技术只会增加不必要的复杂性。
 
跟踪进度——虽然可能需要一些时间来确定数字双胞胎项目的执行情况,但您需要识别并捕获关键绩效指标(KPI),以便客观地评估对业务的影响。
 
如果要在组织中部署数字双胞胎,还需要考虑技术因素和特定的技能要求。您的网络和团队必须能够支持和提供:
 
持续的数据收集
 
大数据分析,包括正确使用数据的算法
 
数据分析师和团队成员非常了解数据模型,能够从数字双胞胎中获得价值并做出正确的业务决策
 
数字双胞胎和物联网
 
物联网使数字双胞胎技术的扩展成为可能。数字双胞胎需要来自物理资产的数据,而物联网传感器能够提供这些数据。
 
随着物联网传感器变得越来越先进、成本越来越低,它使得在更多的企业以及更广泛的对象和系统中采用数字双胞胎成为可能。随着物联网设备收集更多数据,数字双胞胎技术帮助开发人员和数据科学家优化物联网系统,并在部署前评估潜在场景。
 
到2020年,预计30%的G2000公司将使用数字双胞胎技术来提高产品创新和生产力。随着企业对数字双胞胎能做什么有了更深入的了解,应用将变得更加先进。例如,用人工智能创建的高级模拟将允许组织执行更深入的分析,并创建新的令人兴奋的产品。
 
该技术特别为工业物联网带来了许多希望,制造业是拥抱数字双胞胎的主导产业,而设备维护和运营效率是数字双胞胎有益于工业物联网的一些领域。
 
为了蓬勃发展,制造业和工程组织应该拥抱数字双胞胎。将数字双胞胎技术与物联网结合使用可带来以下好处:
 
1. 预测性维护
 
数字双胞胎提供了生产车间中每台设备如何工作的精确画面,使您能够立即识别问题。您不再需要依赖于基于年限或用途的概括或假设,每台设备都可以作为一个独特的单元进行精确跟踪和监控。
 
检测到来自物联网传感器数据中的异常模式,并将其用于数字双胞胎的预测模型,以在故障发生之前进行预测。这使您能够通过模拟来预测设备在不同条件和环境下的行为,例如找出一台设备如何应对恶劣环境或温度的突然变化。更好的是,您可以远程解决这些问题,缩短解决时间。
 
2. 运营效率
 
一个潜在的问题解决方案可以先在一个数字双胞胎上测试,既节省了资源,又提高了安全性。随着技术应用的扩展,数字双胞胎将被用于监控整个生产流程,减少停机时间并防止错误发生。
 
3. 创新
 
数字双胞胎让您在使用数字原型构建完整版的物理设备之前运行模拟。虚拟原型是基于物理原型的,允许您在降低成本的同时优化产品。收集到的数据还可用于改进现有的产品和服务,从而提高客户满意度和销售额。
 
4. 降低成本
 
还可以利用该技术通过预测性维护和资产优化来延长资产的使用寿命,从而降低运营甚至资本支出。
 
现实世界场景:数字双胞胎应用
 
通用电气——通用电气已经为公用事业开发了一个数字双胞胎网络,它提供了公用电网的全面视图。资产、运营和环境方面的数据与分析和机器学习相结合,以改进预测性维护、运营效率和客户服务。
 
Kaeser——Kaeser利用数字双胞胎进行创新。该公司现在提供一项服务,通过数字双胞胎来监控和维护这些资产,实时数据监控性能并测量实际使用情况。自从实施这项新服务以来,产品成本已经降低了30%。
 
大众——大众为其车辆创建数字原型,以优化产品生命周期管理。所有员工都可以获得每种车型的实时详细数据,从而改进设计、质量保证和装配。
 
一些公司提供产品和工具来帮助其他企业部署数字双胞胎。IBM提供了几款具有数字双胞胎功能的产品,包括IBM Rational Rhapsody和Rational Engineering life Manager。微软还通过其Azure 数字双胞胎产品,让组织更容易探索数字双胞胎技术,该平台配有预定义和可扩展的双胞胎对象模型,用于构建特定于您所在行业的数字双生对象。
 
预测性维护、运营效率以及产品设计和测试方面的改进使数字双胞胎对工业物联网特别有吸引力——但该技术已在所有行业中普及。数字双胞胎在未来业务中将扮演什么样的角色还有待观察,但可以肯定地说,我们所有人都应该对这项技术及其潜力有一个基本的了解。

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