CPS数字孪生| 德勤:工业4.0与数字孪生

工业4俱乐部 2022-08-09

导读

近日，德勤发布《工业4.0与数字孪生——制造业如虎添翼》报告。报告显示，生产流程数字化已是大势所趋，大量企业努力寻求有效策略，以期从运营和战略层面推动价值的创造。本报告描述了数字孪生的定义与创建方式，并探讨了其如何驱动价值创造、现实应用场景，以及企业如何着手部署创建数字孪生。

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定义

数字孪生在业界和学术界有多种不同的定义。但从根本上讲，数字孪生是以数字化的形式对某一物理实体过去和目前的行为或流程进行动态呈现，有助于提升企业绩效。数字孪生以针对众多层面持续、实时开展的大量物理世界数据检测为基础。该等检测可通过数字化的形式对某一物理实体或流程进行动态呈现，从而有效反映系统运行情况。

数字孪生的真正功能在于能够在物理世界和数字世界之间全面建立准实时联系，这也是该技术的价值所在。基于产品或流程现实情况与虚拟情况之间的交互，数字孪生能够创造更加丰富的模型，从而对不可预测的情况进行更加真实和全面的检测。

物理世界中某一生产流程的模型，及其在数字世界中的数字化镜像。该模型呈现了五大驱动要素——物理世界的传感器和促动器、集成、数据和分析，以及持续更新的数字孪生应用程序。以下是对图1这些构成要素的概括性介绍：

· 传感器——生产流程中配置的传感器可发出信号，数字孪生可通过信号获取实际流程相关的运营和环境数据。

· 数据——传感器提供的实际运营和环境数据将在聚合后与企业数据合并，企业数据包括物料清单、企业系统和设计规范等。其他类型的数据还包括工程图纸、外部数据源连接以及客户投诉记录等。

· 集成——传感器通过集成技术（包括边缘、通信接口和安全）达成物理世界与数字世界之间的数据传输。

· 分析——数字孪生利用分析技术开展算法模拟和可视化程序，进而分析数据，提供洞见。

· 数字孪生——图1的“数字化”层面是指数字孪生本身。该应用程序综合以上所有要素，建立物理实体和流程的准实时数字化模型。数字孪生旨在识别不同层面偏离理想状态的异常情况。

· 促动器——若确定应当采取实际行动，则数字孪生将在人工干预的情况下通过促动器展开实际行动，推进实际流程的开展。

实际流程（或物理实体）及其数字虚拟镜像明显比简单的模型或结构要复杂得多。当然，图1的模型只是一个数字孪生结构，重点呈现产品生命周期的生产环节。

应用

数字孪生主要用于复杂资产或流程建模。将数字孪生应用于部署资产能够提供深刻洞见，而将数字孪生应用于生产流程则能够产生功能强大的应用程序。

复杂资产或流程会与周围的环境发生不同形式的交互作用，因此很难在整个产品生命周期内开展结果预测。数字孪生的创建可结合各种不同的实际情况，以实现不同目的。例如，数字孪生有时会用于模拟喷气式发动机和大型矿用卡车等复杂部署资产，以监测和评估资产使用过程中的磨损和压力承受情况。风电场可通过数字孪生了解运营效率低下的原因。除此之外还存在大量其他与部署资产相关的数字孪生应用情况。