數(shù)字孿生如何幫助行業(yè)創(chuàng)新

數(shù)字孿生如何幫助行業(yè)創(chuàng)新數(shù)字孿生通過創(chuàng)建虛擬的機(jī)器和資產(chǎn)來觸發(fā)跨行業(yè)的流程和業(yè)務(wù)創(chuàng)新?？梢詫⑵湎胂蟪呻娪爸刑丶急硌莸奶嫔?，只是更復(fù)雜……

數(shù)字孿生的概念于上世紀(jì)70年代美國(guó)宇航局的阿波羅計(jì)劃中首次提出，在過去的五年里取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但最近真正使其受到關(guān)注的是大流行。

以合同制造商Flex為例。當(dāng)一家全球領(lǐng)先的醫(yī)療設(shè)備公司在2020年第一季度將Flex列入生產(chǎn)II類糖尿病產(chǎn)品的候選名單時(shí)，其面臨著一個(gè)挑戰(zhàn)。新冠肺炎疫情爆發(fā)后，這家總部位于美國(guó)的公司必須加快和優(yōu)化產(chǎn)品的開發(fā)，同時(shí)確保質(zhì)量和可靠性，因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)或制造過程中的任何錯(cuò)誤都可能使患者面臨風(fēng)險(xiǎn)。為了優(yōu)化這種產(chǎn)品的制造，創(chuàng)建了一個(gè)數(shù)字孿生工廠。

通過復(fù)雜生產(chǎn)系統(tǒng)的虛擬化，F(xiàn)lex測(cè)試了其在各種場(chǎng)景下的表現(xiàn)，并獲得了優(yōu)化策略的見解?！叭绻麤]有模擬，這個(gè)測(cè)試過程將會(huì)多花至少三個(gè)月的時(shí)間。但DES(離散事件模擬)工具讓我們?cè)诙潭倘軆?nèi)完成優(yōu)化分析，使我們的客戶能夠更快地將產(chǎn)品推向市場(chǎng)，同時(shí)也節(jié)省了時(shí)間和金錢，”Flex全球運(yùn)營(yíng)執(zhí)行副總裁PaulBaldassari表示：“此外，還有其他效率方面的提高——通過優(yōu)化工作訂單規(guī)模，車站產(chǎn)量提高了70%，每個(gè)季度生產(chǎn)的機(jī)組增加了47%，工藝增值利用率提高了15%至21%?！痹谟《?，總部位于Mumbai的TataConsultancyServices(TCS)與非營(yíng)利組織PrayasHelpGroup合作，開發(fā)了一個(gè)Punecity的數(shù)字孿生，以預(yù)測(cè)疫情的演變。TCS首席技術(shù)官K.AnanthKrishnan表示:“我們能夠模擬人們生活中病毒傳播的可能程度，以及對(duì)衛(wèi)生基礎(chǔ)設(shè)施、機(jī)構(gòu)隔離基礎(chǔ)設(shè)施、測(cè)試基礎(chǔ)設(shè)施等的影響?！逼溲a(bǔ)充到，這項(xiàng)工作正在被重新定位，以幫助制定策略，實(shí)現(xiàn)從家庭工作到辦公室工作的過渡。

但，什么是數(shù)字孿生?用最簡(jiǎn)單的術(shù)語來解釋，其可以被理解為一個(gè)計(jì)算機(jī)程序，使用真實(shí)世界的數(shù)據(jù)來創(chuàng)建可以預(yù)測(cè)產(chǎn)品或過程將如何執(zhí)行的模擬。其可以是現(xiàn)實(shí)世界實(shí)體的實(shí)時(shí)虛擬復(fù)制，比如飛機(jī)引擎，工廠車間，甚至是一個(gè)人。Dassault SystèmesIndia的工業(yè)流程顧問和解決方案總監(jiān) Praveen Mysore表示:“數(shù)字孿生有時(shí)被稱為以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的實(shí)體的副本?！钡洳⒉皇且豁?xiàng)獨(dú)立的技術(shù)，涉及多種解決方案，包括工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(IIoT)、連接、云計(jì)算、人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)。根據(jù)研究公司MarketsandMarkets的數(shù)據(jù)，隨著疫情對(duì)醫(yī)療保健和制藥行業(yè)的需求增加，全球數(shù)字孿生市場(chǎng)預(yù)計(jì)將以58%的復(fù)合年增長(zhǎng)率增長(zhǎng)，到2026年將從2020年的31億美元達(dá)到482億美元。雖然目前還沒有印度的具體數(shù)據(jù)，但邁索爾認(rèn)為，由于政府在推進(jìn)數(shù)字化和智能城市項(xiàng)目，亞太地區(qū)可能會(huì)獲得相當(dāng)大的份額，中國(guó)、印度和日本將引領(lǐng)這一趨勢(shì)。日益普及自誕生以來，數(shù)字孿生已經(jīng)走過了漫長(zhǎng)的道路。CAD、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算和大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)的發(fā)展使其更容易采用，成本也低得多。最初的版本是一個(gè)簡(jiǎn)單的基于模擬的事件，組織創(chuàng)建了物理結(jié)構(gòu)的虛擬版本，以在各種負(fù)載情況下測(cè)試它們。其主要優(yōu)勢(shì)在于，該模型無需對(duì)實(shí)體原型進(jìn)行實(shí)際投資，就能識(shí)別潛在風(fēng)險(xiǎn);虛擬模型在各種操作場(chǎng)景下提供了關(guān)于產(chǎn)品及其設(shè)計(jì)的無限信息?！半S著時(shí)間的推移，數(shù)字孿生的應(yīng)用越來越多，主要是受工具資產(chǎn)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量的推動(dòng)?！盜DC亞太區(qū)制造洞察高級(jí)研究經(jīng)理SampathKumarVenkataswamy表示:“只要能夠?qū)崟r(shí)應(yīng)用，數(shù)字孿生產(chǎn)生的洞察就會(huì)極大地增加，而且總是為解決運(yùn)行時(shí)故障帶來可預(yù)測(cè)性因素?！痹谶^去的兩到三年，數(shù)字孿生在印度制造業(yè)、公用事業(yè)、石油和天然氣等領(lǐng)域越來越受歡迎。盡管對(duì)大多數(shù)公司來說，其還處于研發(fā)或概念驗(yàn)證(PoC)階段?！霸谖磥砣轿迥陜?nèi)，隨著這些PoCs的成熟，我們預(yù)計(jì)將針對(duì)組織的特定業(yè)務(wù)需求，大規(guī)模采用數(shù)字孿生?！盬ipro的一位發(fā)言人表示。石油和天然氣、礦產(chǎn)、金屬和采礦、電力、可再生能源、紙漿和造紙以及制藥等行業(yè)，正專注于通過使用數(shù)字副本更容易地優(yōu)化產(chǎn)品和流程。例如，一個(gè)典型的煉油廠可能會(huì)因計(jì)劃外的關(guān)閉和重新投產(chǎn)而遭受數(shù)百萬美元的損失。Venkataswamy表示:“通過投資和實(shí)施數(shù)字孿生，這些組織可以提前停產(chǎn)，并制定有針對(duì)性的減產(chǎn)計(jì)劃，將生產(chǎn)中斷降至最低?！睌?shù)字孿生的應(yīng)用跨越整個(gè)價(jià)值鏈，組織希望了解供應(yīng)鏈的影響及其對(duì)制造運(yùn)營(yíng)的影響，這反過來又會(huì)影響客戶的可交付成果。有幾個(gè)公司使用數(shù)字孿生的例子。CairnOilandGas是第一家采取措施實(shí)施全面數(shù)字化作業(yè)計(jì)劃的上游公司。在印度，這家私營(yíng)油氣勘探公司部署了HoneywellForge企業(yè)績(jī)效管理(EPM)軟件，以提高效率，同時(shí)讓工人可以遠(yuǎn)程操作設(shè)備。電信業(yè)也是一個(gè)大的采用者，芬蘭網(wǎng)絡(luò)設(shè)備制造商諾基亞(Nokia)引入了5G數(shù)字設(shè)計(jì)概念，以模擬5G的用例。通過使用機(jī)器學(xué)習(xí)算法，該平臺(tái)可以利用這一技術(shù)來監(jiān)測(cè)和評(píng)估5G實(shí)施的影響，同時(shí)提供自動(dòng)化建議。諾基亞的一位發(fā)言人表示:“該解決方案使我們?cè)谌虻膸准褻SP(通信服務(wù)提供商)客戶受益?！彪S著越來越多的汽車公司采用了數(shù)字孿生，但沃爾沃集團(tuán)和EicherMotors在印度的合資企業(yè)VECommercialVehicles采用了達(dá)索系統(tǒng)的3DEXPERIENCE平臺(tái)，以開發(fā)和交付創(chuàng)新的高質(zhì)量卡車和公共汽車，到以具有成本效益的方式在該國(guó)不斷增長(zhǎng)的商用車市場(chǎng)。同樣，總部位于Gurugram的JBMGroup(涉足汽車、公共汽車和電動(dòng)汽車等領(lǐng)域)也使用Dassault的數(shù)字孿生來開發(fā)新一代產(chǎn)品，從概念設(shè)計(jì)到制造，甚至延伸到售后支持。JBM(總線部門)的首席執(zhí)行官DeepakThakur表示:“使用這項(xiàng)技術(shù)，我們能夠在一個(gè)數(shù)字線程上繪制整個(gè)新產(chǎn)品開發(fā)生命周期?！边@項(xiàng)技術(shù)對(duì)環(huán)境也有好處?！皩?duì)印度大多數(shù)公司來說，碳數(shù)字孿生是一個(gè)新興領(lǐng)域的一部分。它們可以通過分析數(shù)據(jù)，幫助可視化地減少設(shè)備和流程的碳足跡，”霍尼韋爾互聯(lián)企業(yè)工程副總裁KapPrabhakaran表示。成本因素構(gòu)建數(shù)字孿生是沒有標(biāo)準(zhǔn)成本的，因?yàn)槠湟蚬竞退_發(fā)技術(shù)的復(fù)雜程度而異。成本主要來自生成、存儲(chǔ)和處理數(shù)據(jù)所需的基礎(chǔ)設(shè)施。其他一些關(guān)鍵組件包括數(shù)字孿生軟件、物聯(lián)網(wǎng)傳感器、集成平臺(tái)、計(jì)算解決方案、云和基礎(chǔ)設(shè)施以及培訓(xùn)。Larsen&ToubroInfotech(LTI)執(zhí)行副總裁兼制造、能源和工業(yè)4.0全球主管RajeshGharpure解釋到:“數(shù)字孿生的初始設(shè)置成本很高，因?yàn)閷?shí)現(xiàn)基本的數(shù)字孿生用例所需的技術(shù)組件，如工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、連接(4G、5G、6G)、云計(jì)算、AI和ML以及資產(chǎn)/實(shí)體的感知，但數(shù)字孿生是未來‘服務(wù)式’商業(yè)模式建立的必要基礎(chǔ)?！钡湫偷腜oC或單一工廠的試驗(yàn)成本為20萬至50萬美元，具體取決于運(yùn)營(yíng)的規(guī)?；蛞?guī)模以及模型的復(fù)雜性。此外，還有維護(hù)數(shù)字孿生和必要的IT基礎(chǔ)設(shè)施的成本。Wipro的一位發(fā)言人表示，PoC的投資回收期通常為6-12個(gè)月，在某些情況下投資回報(bào)率超過10倍。以PiramalGlass為例，該公司利用Microsoft的AzureIoT優(yōu)化其制造業(yè)務(wù)，并在質(zhì)量控制和生產(chǎn)團(tuán)隊(duì)之間建立反饋回路。從原料進(jìn)入熔爐到瓶子從傳送帶上下來，該公司一直在跟蹤整個(gè)生產(chǎn)過程的每一個(gè)環(huán)節(jié)。微軟印度Azure業(yè)務(wù)組主管ShivirChordia表示:“通過Azure數(shù)字孿生，PiramalGlass減少了40%的手動(dòng)數(shù)據(jù)收集，提高了25%的員工生產(chǎn)力，和5%的缺陷減少，”TechMahindra全球制造實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人NikhilMalhotra解釋到:“投資回報(bào)率是運(yùn)營(yíng)成本的降低，自動(dòng)化提高了生產(chǎn)力，以及更好的運(yùn)行和運(yùn)營(yíng)模式?！边@家IT公司為其在印度的能源客戶創(chuàng)建了一個(gè)完整的培訓(xùn)場(chǎng)景，其中的數(shù)字孿生不僅是場(chǎng)景的數(shù)字表示，還可以圍繞工廠運(yùn)營(yíng)對(duì)公司員工進(jìn)行培訓(xùn)，從而降低運(yùn)營(yíng)成本，并提高員工的生產(chǎn)率。

對(duì)于公司而言，采用這項(xiàng)技術(shù)有幾個(gè)優(yōu)勢(shì)，如降低運(yùn)營(yíng)成本、提高自動(dòng)化帶來的生產(chǎn)力，甚至發(fā)現(xiàn)原本難以發(fā)現(xiàn)的錯(cuò)誤。但只有在質(zhì)量和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的可用性、可靠的連接和基礎(chǔ)設(shè)施以及技能提升和再培訓(xùn)等挑戰(zhàn)得到解決時(shí)，才能充分發(fā)揮該技術(shù)的潛力。

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