颠覆性技术是一种能够重新定义传统工作方式的产品、概念或服务。 如今，数字孪生概念被誉为一种颠覆性技术，能够改变我们的设计方式、解决复杂问题的方式和协作方式。事实上，Gartner 报告预测，到 2021 年，大约 50%的工业企业将整合使用数字孪生技术，以提高劳动力绩效和生产效率。那么，这种颠覆性的技术概念是什么呢？
数字孪生指的是物理实体的实时复制品。这个实体可以是活物，也可以是无生命的实物，还可以是在物理世界或环境中运行的资产、流程和系统。虽然这一概念实际上已有三十年的历史，但物联网（IoT）、人工智能（AI）、机器学习等新兴技术的融合将其推向了新的高度。数字双胞胎将这些新兴技术并列在一起，创建物理实体的数字模型，并能够模拟物理模型发生的实时变化。
飞机数字孪生的开发就是这一概念如何发挥作用的一个例子。有了数字孪生模型，就可以应用有限元分析（FEA）来确定飞机结构的疲劳极限。模拟结果可用于设计或选择更合适的材料，或设计出更耐用的飞机。除制造业外，数字孪生还可应用于包括医疗保健在内的多个行业，模拟人体对外力的反应。集成数字孪生的好处包括提高设计效率、增强预测分析和协作。 因此，预计到 2023 年，数字孪生的市场规模将达到约 150 亿美元。数字孪生的好处是巨大的，但如果不拥抱它，企业将面临更大的挑战。
本文将讨论
大约 50% 的工业企业正在整合使用数字孪生技术，这 50% 的企业肯定会失去竞争优势。这是因为数字孪生将以普通三维建模软件或建筑信息建模平台无法企及的方式重新定义实时仿真应用。值得期待的挑战包括
保留传统解决方案、设计或数据 --随着婴儿潮一代的不断退休，建立传统设备和系统的知识可能会丢失。这包括传统制造设备的明胶副本或传统军用飞机的设计。无论技术如何进步，传统数据的丢失都会破坏更新原型的基础。
借助数字孪生概念，各行各业的企业都能为传统设备或解决方案创建精确的数字模型。然后，数字模型可以存储起来供后人参考，或进行分析以开发升级原型。模型还可以通过虚拟现实环境作为培训年轻一代工人的材料。
强化精益生产流程--丰田公司通过整合精益生产来加快生产速度，同时有效利用资源，这在汽车行业已广为流传。整合精益生产模式--这在当时是颠覆性的--帮助丰田称霸汽车行业数十年。这就是数字孪生概念提供的杠杆作用。通过数字孪生，可以实时优化整个产品价值链。
德国拜罗伊特大学的一项研究重点分析了数字孪生在收集实时数据和优化生产系统方面的影响。该研究比较了数字孪生的效率和常用的价值流映射解决方案。结果表明，数字双胞胎在数据采集、优化措施的自动推导以及运动数据的捕捉方面都超过了传统解决方案。这些对优化生产至关重要的数据也可以在数字孪生环境中用于优化各种流程。因此，回避数字孪生将使企业陷入困境，而利用这一概念的竞争对手则可以实时优化生产变量。
数据整合与使用的局限性--目前正在进行的工业 4.0 革命在很大程度上依赖于数据的收集和使用，以获得重要的业务洞察力并实现流程自动化。目前使用的工具或应用程序是企业关系管理软件和工业云解决方案。虽然这些解决方案在收集智能或工业物联网（IIoT）设备的数据方面表现出色，但在收集传统或笨重设备的数据方面仍然举步维艰。这限制了工业 4.0 在制造车间最底层的渗透，而这正是 OPC 基金会打算解决的问题。
数字孪生概念可以帮助智能工厂将车间最底层的哑设备集成到制造工厂的模型中。这样就有可能将车间内数以百计的非测量信息采集到数字环境中，从而真正满足工业 4.0 和 OPC UA 标准。如果成功实现，数字孪生系统与捕获的数据可用于预测设备对外部干扰、设备故障和系统故障的瞬态响应。
忽视数字孪生概念的制造商只能使用智能设备和物联网设备的数据来跟踪车间的实时变化。在智能工厂实现自动化操作时，无法捕捉非测量数据所带来的局限性将导致近似操作。这可能会导致停工、劳动力效率低下，在极端情况下还会给工人带来事故。
限制预测分析的有效性- 阻碍将数字孪生集成到工业运营中的另一个重要挑战是盲目或一知半解地做出改变所带来的困难。在做出重要决策（如设计新的材料处理系统或减少开发产品所需的工序数量）时，盲目变更将带来可怕的后果。这些后果包括资源浪费、最终产品不合格或车间混乱。
据 Gartner 称，制造业的停机时间可能会导致巨大损失。仅在汽车行业，停机时间每分钟就会造成22,000 美元的损失。虽然其他行业的数字可能较小，但影响仍然相当大。数字孪生可以帮助企业模拟做出某些改变的实时效果，从而帮助消除这些挑战或损失。例如，航空制造商洛克希德-马丁公司（Lockheed Martin）在过渡时期改变生产计划，就会导致无法按时交货。在 Simio 仿真软件的帮助下，制造商能够做出明智的决策，优化生产流程。
如果制造商想保持长期竞争力，就必须规划与工业 4.0 和互联工厂的匹配。实现这一目标的方法之一是整合数字孪生系统，用于模拟和接收工业流程自动化所需的洞察力。如果执行得当，数字孪生的颠覆性将为您带来益处。
资源：
https://www.gartner.com/smarterwithgartner/prepare-for-the-impact-of-digital-twins/
https://news.thomasnet.com/companystory/downtime-costs-auto-industry-22k-minute-survey-481017
https://www.isw.uni-stuttgart.de/en/institute/highlights/digital-twin/
https://blogs.opentext.com/addressing-the-data-challenges-in-the-digital-twin/https://www.gartner.com/smarterwithgartner/prepare-for-the-impact-of-digital-twins/