如何在数字化转型中推进和实施数字孪生?

来源:未知编辑: 小普 2021-10-25 10:01
核心提示:
作为企业数字化通用技术,数字孪生为企业的运营创新、产品与服务创新、商业模式创新、管理创新带来了新的机会,本文结合PLM、工业互联网及企业领域数字孪生技术的发展演进探讨如何规划和实施企业数字孪生战略。

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数字孪生的技术演进:从虚拟产品技术到数字化战略技术

2021年上海车展特斯拉车主维权事件中,特斯拉分别向市场监管部门、维权的张女士发送了整理为Excel表格的48页6697组后台服务器数据,详细记录了车主在事故前30分钟的车辆状况和驾驶动作。

特斯拉的用户不仅可以通过特斯拉的数字孪生追溯设备的过去和当前使用状况,还可以发现,在使用过程中,特斯拉汽车的功能似乎越来越智能,特斯拉汽车似乎会越来越懂你。特斯拉通过数字孪生给用户提供了一种“持续智能”,可以持续适配用户、持续优化。特斯拉通过这种服务,每年可以从每辆特斯拉获得超过1200美元的收入。

要构建类似特斯拉这样的数字化产品、服务和商业模式,首先需要理解数字孪生技术的由来、发展及持续演进。
 

数字孪生迄今经历了三个演进阶段:

1、虚拟产品管理发展阶段

2003年迈克尔·格里夫斯(Michael Greives)第一次提出将数字孪生(Digital Twin)作为PLM的一个概念模型,将虚拟产品纳入PLM的管理范畴,重新定义了PLM。到2011年NASA将“数字孪生“(Digital Twin)列入美国航空航天发展规划,这个阶段是数字孪生的概念形成阶段。这个阶段数字孪生主要被定位为下一代PLM系统的“虚拟完美模型”(Virtually perfect Model)。

2、工业互联网发展阶段

2011年以来,GE公司发布雄心勃勃的工业互联网计划,随后,在GE和西门子、PTC等公司的倡导和支持下,数字孪生作为工业互联网的核心技术得到了前所未有的重视,这个阶段,无论是GE、PTC还是西门子,都不仅将数字孪生用于CAD、CAE、PLM等虚拟产品系统工程,还在设备(APM)、过程控制、网络等工业互联网各个领域以数字孪生和数字主线作为核心技术支持,各个厂商分别发布了设备、网络、过程、产品、生产、运营等不同应用场景数以百万计的数字孪生体。数字孪生通过工业互联网的发展进入到商用阶段,不过迄今大约只有1%的企业资产应用了数字孪生技术。

3、数字化战略技术发展阶段

2017年Gartner将数字孪生列入10大战略技术趋势,数字孪生从工业互联网的核心技术进一步发展为基于物联网的智慧城市和企业数字化的核心战略技术。数字孪生作为战略技术,从复杂系统工程(iMBSE)和工业互联网等特定领域发展为智慧城市和企业的数字化基础设施。Gartner数字孪生分为离散数字孪生、组合数字孪生、组织数字孪生三个基本类型。产品数字孪生也好,设备数字孪生也好,实际都是一种离散的数字体,这样的数字孪生的作用是局部的,Gartner的建议实际是将这种离散的数字孪生能力“组装”起来,打造具备特定的业务模式和运营模式的组织数字孪生(DTO),让企业具备数字孪生的持续智能能力。这样,数字孪生就成为企业数字化的一种核心战略技术。

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数字孪生实施路线:从离散可视、数据驱动到持续智能

数字孪生的概念虽然出现已久,但是在企业数字化转型中的应用还刚刚开始,即使引入数字孪生的企业也还处于试点和探索阶段。但是在未来一年内,65%的大型企业都表示会投入启动数字孪生项目。未来两到三年,是企业数字孪生建设的战略机遇期,有的放矢的拟定数字孪生战略,无疑将获得先行优势。

 
目前推行数字孪生的制造企业,基本有两条战略实施路线。

一条是从产品数字孪生开始,基于产品数字孪生,实现虚拟样机、虚拟仿真,缩短产品研发周期,降低产品研发成本,典型代表是中车集团如中车株机。

一条是设备和车间数字孪生开始,基于设备和车间数字孪生,实现透明化的装备生产、运维和服务,典型代表是树根互联参与的三一重工8号工厂。

从企业战略发展角度,为了实现通过数字孪生构建未来的竞争优势,企业的数字孪生的战略可以按照四个步骤展开:

第一阶段:实现离散数字孪生的连接与可见

离散数字孪生,是实现设备、人员等单一的资源数据连接和数据可视以实现资源优化的单一数字孪生体。这一阶段,基于边缘网络技术、设备及资源管理系统,通过选定的设备、流程、系统的数字化连接和数据采集、数字化标识、数字化监测,实现数字化设备、流程和系统的诊断、描述性分析和预测;目前在不少企业推行的RPA(流程机器人)其实也是一种离散数字孪生的应用。设备的离散数字孪生未来将主要通过设备供应商提供;流程的离散数字孪生主要通过应用软件服务商提供。

第二阶段:实现复合数字孪生的互联与数据驱动

复合数字孪生是基于内部离散数字孪生和外部数据资源复合而成的数字孪生体,如一条产线,一个端到端的服务线。数字孪生的复合过程不是简单的数据互通,包括基于历史数据的机器学习和模型训练、基于实时数据的模型实时运行和监测。所以复合数字孪生的能力是需要通过一个包括AI和大数据能力在内的物联网平台实现的。复合数字孪生一般通过企业个性化定制实现。

第三阶段:实现企业数字孪生的数据驱动与持续智能

企业数字孪生(DTO)重点是面向企业全流程,通过数据孪生监测和驱动的业务运行,形成一种可以持续自动采集、自动分析、自主执行、自主决策的数据驱动闭环。在2020年的战略技术趋势预测中,Gartner提出了一个“持续智能”的新概念刚好可以解释企业数字孪生的价值。持续智能指的是基于数字化在线平台实时获取数据流,实时进行情景分析并给出响应方案,实现决策与运营的一体化。企业数字孪生的的建设是一个系统工程,基本的建设内容包括全价值链的数据获取、模型构建、数据监测及支持持续智能的数据与分析平台建设。这种需求很多企业都是存在的,不过大多数企业因为不了解企业数字孪生的概念,可能将这个项目简单等同于大数据中心。

第四阶段:实现数字孪生的生态服务与价值共生

将产业上下游的数字孪生组织集合起来,就成为以链主为核心的产业数字孪生,如汽车制造商上下游数字孪生体集合起来就可以构成一个包括消费者、供应商、4S店及社会服务资源在内的汽车产业数字孪生。产业数字孪生将改变传统的产业协同关系,衍生出全新的基于数据和智能的生他服务和价值共生模式。个性化订制、网络化协同最终将体现在客户参与数字孪生、生态伙伴共享产业数字孪生的价值。

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数字孪生的创新策略:模型驱动、架构引领,探索中前进

从离散数字孪生,复合数字孪生到企业数字孪生、生态数字孪生,数字孪生在企业的应用深度不断加深、实施的复杂性和应用的难度也会逐级加大。在实施的过程中必然面临不确定的风险,在行业内实际还缺少行之有效的数字孪生实施方法。


在复杂系统工程领域,有基于模型的系统工程方法(IMBSE)对产品定义、领域建模与仿真给出了方法论指导;在虚实融合的数字化方法论层面,德国工业4.0参考架构、中美工业互联网参考架构也已经发表了发表了相关的架构框架;但是在企业数字孪生领域,在面向企业运营和流程优化领域,原有的BPM(业务流程管理)的方法论已经不能支持模型驱动、虚实融合的数字化业务模式和运营模式创新需求,企业需要新的业务和运用模式优化方法论。

这一课题我们将在后续的文章中分享。
 
 
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