据麦肯锡公司预测，全球数字孪生技术市场将以每年 60% 的速度增长，到 2027 年将达到 735 亿美元。近 70% 的大型企业 C-suite 技术高管正在学习这项技术，你可能想知道什么是数字孪生，为什么它们如此重要。
数字孪生是一种虚拟复制品，可以模拟任何物体或系统，从喷气发动机到整个风力发电厂。除此之外，企业还能获得显著的收益--开发时间最多可缩短 50%，制造材料浪费减少 20%，决策速度最多可提高 90%。
让我们来看看数字孪生是如何工作的，它们在不同行业中的实际应用，以及它们如何通过基于证据的洞察力和虚拟测试来改善您的业务运营。
"[数字孪生]包含三个主要部分：a) 真实空间中的物理产品，b) 虚拟空间中的虚拟产品，c) 将虚拟产品和真实产品联系在一起的数据和信息连接"。- 佛罗里达理工学院先进制造首席科学家 Michael Grieves
数字孪生是实物、人或流程的虚拟复制品，能以惊人的精度反映其行为和特征。
麦肯锡报告称，这些虚拟代表与环境中的真实数据源相连接，从而使孪生体与其原始版本的当前状态相匹配。
数字孪生作为完整的虚拟模型，可以反映特定的物理对象或系统。IBM 解释说，这些复制品存在于物体的整个生命周期，并利用模拟、机器学习和推理来指导决策。
数字孪生有三个主要部分：
物理传感器通过收集有关物体性能的数据启动这一过程。风力涡轮机的传感器可跟踪能量输出、温度和天气状况。这些数据会不停地传输到处理系统，并更新数字模型。
基础设施内的物联网设备向数字孪生发送有关性能、环境条件和用户交互的实时信息。人工智能算法通过分析这些数据来模拟物理模型的行为和性能，从而使虚拟模型与现实变化相匹配。
数字孪生和传统模拟都使用数字模型，但在与物理系统的连接上有本质区别：
双向数据流：数字孪生与真实系统保持双向互动--从物理系统中收集数据，并有可能控制/更新物理系统。而传统模拟则是通过预定义的静态数据集进行操作，没有这种双向联系。
实时适应：数字孪生根据来自传感器和系统的实时数据流不断演变，创造出一个 "数字影子"，准确反映物理对象的当前状态。而传统的模拟在参数设置后就会保持静态。
生命周期表现：数字孪生跨越物体的整个生命周期，而传统模拟通常只关注特定过程或时间瞬间。
概念边界：当物理系统尚不存在时，就会出现一个关键的区别。在这种情况下，数字孪生更像是一种高级模拟，其架构一旦建成，最终将与物理系统双向连接。
数字孪生提供了一种全面的建模方法，它创建的虚拟环境不仅能预测结果，还能直接影响它们所代表的物理世界，从而模糊了仿真与操作技术之间的界限。
各种类型的公司现在都在使用数字孪生来改进决策过程。这些虚拟模型可以帮助您预见未来的结果，安全地测试危险的情景，并找到您可能会错过的机会。
数字孪生就像企业的水晶球，可以对复杂的情景进行智能预测。 据《福布斯》报道，企业利用数字孪生来镜像和模拟物理世界的部分现有数据，这有助于他们预测各种情景下的绩效。随着时间的推移，该技术会从现实生活数据中学习，并产生更准确的业务洞察力。
数字孪生擅长创造无风险的测试环境。麦肯锡的研究表明，企业可以尝试更多的设计方案，而无需在物理原型上花钱。这些系统可让您测试各种逼真的场景，包括在现实中过于危险或无法测试的极端操作条件。
数字孪生使复杂的数据更容易理解。数字孪生联盟解释说，这些系统可以处理数百万个数据点，并找出对决策最重要的数据点。麦肯锡报告称，工厂数字孪生在优化生产计划和揭示隐藏的流程瓶颈时，通常能将每月成本降低 5-7%。
数字孪生在多个方面创造了巨大的经济效益。研究表明，数字孪生可以将机器设备的使用寿命延长 20-30%，数字孪生技术还将汽车公司的原型制作成本降低了一半。NCBI 的一项研究发现，使用数字孪生技术的汽车生产将生产线效率提高了 6.01%，停机时间减少了 87.56%。
数字孪生已经从理论概念转变为许多行业的实际解决方案。以下是不同行业的应用情况：
数字孪生通过实现预测性维护来监控设备健康状况并减少意外故障，从而改变了制造业。西门子安伯格电子厂的数字孪生系统降低了 30% 的运营成本，缩短了 50% 的上市时间。特斯拉利用这项技术改进汽车制造，而宝马则利用它来优化生产效率。
医疗保健专业人员通过数字孪生创建器官或整个人群的虚拟复制品。约翰-霍普金斯大学的研究人员创建了个性化的心脏数字孪生来治疗心律失常，这也是首个获得美国食品及药物管理局批准的心脏病学数字孪生。克利夫兰诊所建立了邻里数字双胞胎，以研究地理位置对健康的影响，因为人们的预期寿命会因居住地不同而相差 25 年。
数字孪生有助于在开工前模拟不同条件下的建筑性能。新加坡国立大学测试了数字孪生技术，以优化能源使用和维护整个校园的建筑。布鲁克菲尔德地产公司（Brookfield Properties）在曼哈顿西区 1 号实施了 WillowTwin 平台，以改进其位于纽约市的多功能综合体的建设、管理和使用。
数字孪生赋予整个供应链端到端的可视性。麦肯锡的分析表明，数字孪生将管理从基于启发式的管理转变为具有完整绩效视图的动态优化。公司利用数字双胞胎测试供应链变化，更好地规划运输，并发现瓶颈和库存问题。
新加坡、悉尼和阿马拉瓦蒂已经将数字孪生用于智能发展。城市规划者利用这些模型模拟极端气温或沙尘暴带来的风险，并进行更具弹性的设计。
数字孪生通过模拟库存水平和流量来优化仓库运营。利用这项技术，公司每周可节省多达 40 个小时的周期清点时间。仓库团队使用数字孪生来测试不同的执行方法、存储策略和资源分配。
通过计算数字孪生的商业价值，可以发现其在各个领域都能带来可观的回报。随着企业对这项技术的投资，衡量投资回报率对于证明未来的发展和增长至关重要。
数字孪生在整个产品生命周期中的表现明显优于传统模拟方法。与依赖静态模型的传统模拟不同，数字孪生利用实时数据集成和动态建模来提供可衡量的卓越结果。研究表明，实施数字孪生系统的公司即使在完善的采购组织中也能实现3% 至 6% 的成本削减，超过了传统方法通常能实现的节约。通过在实际操作前进行更精确的虚拟测试和持续的反馈回路，数字孪生系统为传统模拟技术提供了更全面、更有效的替代方案，从而大幅降低了制造过程中的材料和劳动力成本。
此外，这项技术还能降低运输和劳动力成本达 10%。它还能使交货承诺的可靠性提高 20%，从而改善客户体验。在组织层面，数字孪生通常能使特定部门的成本降低 20% 至 30%。然而，当数字孪生集成到整个公司时，就会产生最大的效益。例如，一家钢铁制造商通过数字孪生模拟，将息税折旧摊销前利润（EBITDA）提高了 2 个百分点，库存减少了 15%。
快速上市是一项关键的竞争优势，而数字孪生可以大大缩短开发时间。研究表明，数字孪生最多可缩短 50%的开发时间。一家汽车制造商就设计变更达成一致的速度提高了 20%，使他们能够更快地将产品推向市场。
在另一个案例中，一家航空航天和国防公司将先进产品的开发时间缩短了 30% 至 40%。在各行各业，数字孪生技术都有可能使产品上市速度提高 50%，从而为企业带来关键优势。
数字孪生在识别和预防代价高昂的中断方面非常有效。早期采用者报告称，预测准确率提高了 20% 至 30%，延误和停机时间减少了 50% 至 80%。通过提高整个供应链的可见性，数字孪生有助于企业平衡成本、速度和可持续性。
风险管理改进的一个关键领域是预测性维护。例如，一个采购团队利用数字孪生技术将 85% 的计划活动自动化，从而将多天的任务转变为几分钟的流程。
研究证实，数字孪生技术可以深入洞察当前和预测的绩效，从而提高业务价值。这项技术降低了产品开发、运营和客户关系中的风险，是实现长期成功的有力工具。
数字孪生正在重塑许多行业。预计到 2032 年，市场规模将达到 2593.2 亿美元。这些精确的虚拟复制品利用实时数据和人工智能分析，帮助企业做出更快、更准确的决策，同时降低成本和风险。
使用数字孪生技术的公司取得了显著成效。开发时间缩短了 50%，制造成本降低了 30%。这些虚拟模型是进行无风险测试和优化的绝佳方式。公司可以尝试无数种方案，而无需构建物理原型。
这项技术在许多领域都很有效。制造工厂可以及早发现设备故障。医疗保健提供商建立虚拟器官模型来规划治疗方案。城市设计更强大的基础设施。数字孪生技术通过降低成本、加快上市和改善风险管理带来了可衡量的回报。
数字孪生不仅仅是另一项技术进步。它们为企业提供了优化运营、减少浪费和做出明智决策的实用方法。随着技术的发展，我们将看到更多的用途和优势，使其成为具有前瞻性思维的企业的重要工具。
Q1.什么是商业数字孪生？
数字孪生是物理对象、系统或流程的虚拟复制品，能实时反映其行为和特征。它使用来自传感器和物联网设备的数据创建精确的数字表示，使企业能够在没有物理干预的情况下模拟、分析和优化其运营。双向数据整合是 "数字孪生 "模型的必要条件--这种双向数据流确保数字模型不仅能接收来自物理对应系统的数据，还能让数字孪生向物理系统发送指令或信息，从而创建一个对真正的数字孪生功能至关重要的完整反馈回路。
Q2.数字孪生如何造福企业？
数字孪生可为企业带来诸多好处，包括通过虚拟原型降低成本，通过缩短开发时间加快产品上市速度，通过数据驱动的洞察力改进决策，以及通过预测性维护加强风险管理。数字孪生还能让企业在没有现实世界风险的情况下进行场景测试，并优化各行各业的运营。
Q3.数字孪生通常用于哪些行业？
数字孪生广泛应用于各行各业，包括用于简化生产和维护的制造业、用于病人监控和治疗规划的医疗保健业、用于施工前模拟的房地产和建筑业、用于物流优化的供应链管理业、智能城市发展业，以及用于改善库存管理和提高效率的仓储业。
Q4.数字孪生与传统模拟有何不同？
与传统模拟不同的是，数字孪生不断接收和整合实时数据，使其能够与其实体对应物一起发展。数字孪生具有更强的交互能力，使专家能够实时试验各种场景。数字孪生还具有更广泛的范围，能够运行多个模拟，从不同角度研究各种流程。
Q5.企业从实施数字孪生中可以获得什么样的投资回报率？
实施数字孪生的企业都报告了可观的投资回报。其中包括采购成本降低 3% 至 6%，开发时间缩短 50%，预测准确性提高 20% 至 30%，延误和停机时间减少 50% 至 80%。一些制造商的运营成本降低了 30%，产品上市时间缩短了 50%。