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工業(yè)物聯(lián)網是國家政策下的宏觀布局，以場景為核心的數字孿生概念是工業(yè)領域最熱門的話題。工業(yè)物聯(lián)網與數字孿生之間可以擦出怎樣的火花呢？

 

5月19日，在中國數字企業(yè)峰會物聯(lián)網論壇中，PTC數字化轉型顧問高誼基于“數字孿生時代對于物聯(lián)網技術應用的要求”“物聯(lián)網技術如何賦能數字孿生”“PTC與客戶的數字孿生實踐案例”三個話題進行了演講，并簡單闡述了數字孿生的創(chuàng)新驅動價值。

 

以下內容根據PTC數字化轉型顧問高誼的演講整理而成。點擊文末“閱讀原文”，觀看更多精彩演講視頻。

 

01 數字孿生時代的物聯(lián)網

 

數字孿生是跨越實體全生命周期的對象或系統(tǒng)的數字化虛擬表示，基于實時的數據更新，并使用模擬或機器學習的模型進行推理幫助決策。作為產品設計、制造服務等軟件系統(tǒng)的傳統(tǒng)供應商，PTC認為數字孿生從單體講是物理資產、流程工藝以及人員的三種抽象對象的虛擬表示，可以用來理解和預測其物理對象。

 

數字孿生有三個重要的組成部分：一是對其物理實體本身的數字化定義；二是對其物理實體的操作和體驗數據記錄；三是信息化模型，比如人機交互界面等等的可視化。數字孿生的價值就是將這三個要素關聯(lián)呈現和分析，以推動判斷、預測等決策的制定。數字孿生有多種形式，具有復雜性，但可以在四個物理領域進行提煉。

 

首先是資產方面。從制造商的設計生產和交付，再到客戶的使用環(huán)境中運行直到退役，這個過程可以捕獲產品全生命周期的數據信息。

 

其次，在流程方面。制造業(yè)務流程和資產運營過程中的各個環(huán)節(jié)的業(yè)務流程貫穿于創(chuàng)造產品和運行服務的始終，并隨著時間不斷地變化。

 

第三是人員方面。向工作人員提供任務信息，并獲取實時的操作數據，以提高流程的效率和安全性。而數字孿生的終極目標是將以上三個孿生對象集成在一起，建立基于任何場所的環(huán)境數字孿生，如數字孿生化的工廠或工作場所，用來深入了解運營環(huán)境中的復雜工作狀態(tài)，并與之盡可能地進行實時交互。

近兩年,數字孿生的概念超越了工業(yè)互聯(lián)網的概念，正是因為市場已經從技術關切轉向了對業(yè)務價值的關切。但數字孿生應用并不是新的場景，從M2M興起之時已經有類似的業(yè)務場景。數字孿生體之間需要通過實時和動態(tài)的數據互通來滿足他們的運行條件。傳統(tǒng)的物聯(lián)網往往只實現了較小的場景，比如采集和存儲單一參數的數字化副本和狀態(tài)邏輯信息，這意味著無法滿足更復雜的業(yè)務場景和價值需求。而數字孿生的全量化概念，高同步性特征和業(yè)務場景的閉環(huán)，需要大規(guī)模的物聯(lián)網基礎設施，比如高速低耗的網絡通訊能力；開放的協(xié)議和數據兼容性；大規(guī)模的、云化的承載能力；強大的數據挖掘和分析能力；低成本和門檻的應用開發(fā)工具；新一代的移動化的、基于空間和多感官維度的人機交互能力等等，為資產流程和人員之間提供真正雙向的實時鏈接，并為之而來的革命性應用場景去賦能。

 

據市場調查，預計到2023年，數字孿生的市場規(guī)模將達到160億美元，分析師認為物聯(lián)網將是這一增長的基石。據IDC預測，30%的全球200強企業(yè)將采用與物聯(lián)網技術相關的產品、資產的數據，實現數字孿生場景。

 

02 物聯(lián)網如何賦能數字孿生

 

1.資產的數字孿生——物聯(lián)網提供了對整個資產全生命周期的可見性

 

產品遙測技術為工程師和產品設計師提供了對已部署的資產或資產的組合運行過程中的差異行為特征，它提供了一個參考框架，用來比較預期的和實際運行的產品的使用狀況的差異，這是只有物聯(lián)網才能提供的一個非常強大的洞察技術框架，可以指導未來產品的迭代與開發(fā)。這種基于用戶體驗的適用性，可以替換或修改某些產品的功能特性，直到深入了解產品每個零部件的具體性能。通過跨職能部門的協(xié)作，將可見性擴展到對產品更深刻的洞察，就可以提高全生態(tài)鏈的效率，包括在設計制造和服務的過程中及時地進行有效地調整，以降低報廢返工，加快交貨周期，提高服務質量。

 

2.過程(工藝)的數字孿生——物聯(lián)網開啟更深層次的運營智能

 

許多生產運營流程受到兩個因素的困擾，差異化、黑箱化的信息源。物聯(lián)網實現了對這些未知見解的規(guī)范，就像一個流程的Hub，將不同來源的實時和歷史記錄系統(tǒng)中的數據和業(yè)務總線化，實現按需互聯(lián)，這些相互關聯(lián)的資產和人員的孿生體，以及他們之間的互動信息匯聚，對于執(zhí)行流程的洞察至關重要。

 

這本質上是構建了一個縱觀整個工業(yè)運行環(huán)境的實時化的承載系統(tǒng)。物聯(lián)網通過對過程的洞察，可以驅動關鍵的制造KPI，例如通過物聯(lián)網驅動的預測性分析，來改善工廠單個資產的正常運行時間，就可以極大地提高產能。而數字孿生的生產線可以通過增強了的運營管理的可視性和洞察力，逐步優(yōu)化各種瓶頸。

 

這種基于對不同資產運作過程的相互關聯(lián)，所實現的運營智能，為廠家提供了實時化的、360度的經營流程可見性。通過保持充分的靈活性和敏捷性，以適應當今這個不斷變化的客戶需求和市場競爭的復雜環(huán)境。

 

3.服務的數字孿生——物聯(lián)網優(yōu)化維保

 

產品在最終客戶環(huán)境中的許多運行條件和運行狀態(tài)性能指標是制造商和客戶以往都無法充分了解的。由于維護和服務是減少資產停機時間和增強產品競爭力的關鍵環(huán)節(jié)，基于物聯(lián)網的數字孿生應用，可以極大地改善這些指標，并為廠商帶來新的收入來源。數字孿生可以增強遠程服務的物聯(lián)網場景，以往的物聯(lián)網往往采用MQTT等協(xié)議來進行資產監(jiān)控，而在這些數字孿生的場景當中，可以為已經部署的資產實現諸如遠程桌面、軟件更新、配置調整、安全補丁、狀態(tài)分析、遠程診斷或重新啟動等遠程操作，而無需向現場派遣技術人員。現在物聯(lián)網的靈活性可以使關鍵任務系統(tǒng)按秒來采集數據，以通知服務，或者以更高的頻率來優(yōu)化資產，所有這些都取決于數字孿生場景的能力要求。

 

遙測數據還可以被輸入到已經部署資產的數字孿生體中，利用產品設計階段預期的模擬機器性能的歷史模型，以獲得其健康狀態(tài)的趨勢。也可以獲得人工智能技術的支撐——采用混合了基于機理模型和機器學習技術的下一代預測性維護模式，根據實時傳輸的傳感器數據，減少計劃外停機時間，進一步優(yōu)化資產的利用率。

 

4.數字孿生的應用

工程：

通過對離散制造商的智能產品進行洞察，數字孿生實現了“產品之聲”——用事實取代了對使用的假設。通過優(yōu)化功能和設計，加速了產品的迭代的速度。在產品開發(fā)和設計工程角度，它包含了幾個用例：

 

首先是數字化產品的可追溯性——圍繞產品系統(tǒng)信息的視圖或數字化主線，提供通用的數據訪問能力，從而實現從需求到設計、測試、制造及對產品在現場的行為的可見性。

 

優(yōu)化產品的數據采集能力——產品的設計優(yōu)化過程可以通過對產品的數字孿生體，將現實世界的性能數據和原始設計功能模型進行疊加，為仿真工程提供信息，以提高設計的質量和完整性。

 

最后基于產品運營過程中所驗證過的使用需求信息，改善產品和服務對市場的適應性，實現基于產品的增值服務的能力。

 

制造：

通過利用數字孿生體的流程洞察能力，企業(yè)可以提高生產的可見性和規(guī)劃能力，增強運營的敏捷性，增加產能，并優(yōu)化整個供應鏈的流程效率。制造環(huán)節(jié)的數字孿生關鍵應用場景包括：

 

互聯(lián)的運營智能——結合分析和提供來自不同的資產運營商和企業(yè)系統(tǒng)的見解，使其獲得實時的可見性。統(tǒng)一的KPI用來提高運營績效并作出高效的決策。

 

動態(tài)的流程或工藝的分布指導——集成了和連接了工廠資產以及ERP、MES等信息化系統(tǒng)。結合增強現實體驗(AR)，提供跨部門的應用程序，實現基于角色的動態(tài)視圖。它提供了高度準確的工作指導，提高操作人員的生產力，改善產品質量。

 

互聯(lián)的質量和驗證體系——通過數字孿生體比較設計和裝配的實際數據，驗證正確的設計迭代、系統(tǒng)要求和產品質量的檢查列表。

 

服務：

通過客戶成功的視角，數字孿生可以創(chuàng)建增強的產品性能和服務交付能力。通過增加正常運行的時間和壓縮解決問題的時間，來提高客戶的滿意度。

 

數字孿生在服務的關鍵應用場景，包括自適應的現場服務——結合資產實時和歷史的數據，通過增強現實體驗或跨領域的應用程序，提供特定資產的場景化工作指導，以提高技術人員的效率和首次的修復率。

 

通過預測性分析——監(jiān)測聯(lián)網產品和資產的閾值異常，并提供實時化的警告，以便從被動式維護轉變?yōu)榛跔顟B(tài)的主動性維護，提高服務水平，增強遠程服務能力。

 

通過數字孿生技術實現遠程訪問和遠程服務——包括遠程的軟件更新、遠程的診斷，以增加產品和資產的正常運行時間，減少現場服務的成本和客戶的投訴。

 

03 數字孿生實踐

 

PTC結合以上方法論和技術能力不斷探索數字孿生場景下的解決方案。

場景一：

Howden公司是一家全球領先的工業(yè)機械制造商，擁有160多年的旋轉設備設計和制造經驗，公司正在著手實施全面的數字化轉型戰(zhàn)略。通過與PTC的合作，Howden正在采用增強現實、物聯(lián)網等技術，來展示沉浸式體驗的力量。它的目標之一是使用數字孿生技術提高已經部署的產品的正常運行時間，降低客戶的業(yè)務風險。

 

為了提高其產品的正常運行時間，Howden將新技術融入到了其高度工程化的壓縮機中，收集和分析關鍵設備的數據，幫助客戶優(yōu)化設備性能和運營的效率。由Howden數字孿生壓縮機提供的智能分析技術，可以幫助客戶優(yōu)化設備性能和運行的效率。完整的AI體驗和Howden產品的三維模型集成，提供7×24小時全天候的支持。預測性維護作為一種服務，可以避免關鍵資產的計劃外停機故障。圍繞客戶的設備運行過程提供性能的優(yōu)化和需求的優(yōu)化，Howden同時也在增強自己的服務和支持能力，創(chuàng)造新的業(yè)務價值。

 

場景二：

空間計算和分析的新興技術，正在使得基于現場的數字孿生成為可能。通過整合多組的數據，可以鳥瞰車間或工廠的細節(jié)。空間分析提供了對實體空間內目標移動和過程狀態(tài)的可見性，并可以就如何改善流程和績效提出數據驅動的建議。

 

場景三：

這是PTC國內的業(yè)務伙伴為一家高科技企業(yè)實施的園區(qū)級數字孿生項目，是基于工業(yè)互聯(lián)網平臺的數字化主線框架，對企業(yè)園區(qū)內各類制造資產的連接，以及樓宇安防、消防、視頻能源和人員及停車系統(tǒng)的集成，為園區(qū)應急管理和突發(fā)事件處置提供了360度數字孿生視圖。下一步將與該企業(yè)的數據底座相結合，提供服務于生產端的數字孿生業(yè)務應用。

 

04 企業(yè)數字化轉型的價值驅動

 

隨著物聯(lián)網技術被應用到資產、流程和人員中，數字孿生體的完全保真度將得以實現。這些鮮活的數據也將成為下一代應用場景的入口。因為它獲得了機理模型、人工智能和計算機視覺增強現實技術的應用加持。在現代工業(yè)企業(yè)中有無數的機會可以利用數字孿生帶來的多種功能獲得創(chuàng)新的能力。

 

由于圍繞資產流程和環(huán)境的數據活動，可能是離散和孤立的，因此起步階段可能會有一定的挑戰(zhàn)性。推動企業(yè)數字化轉型需要定制統(tǒng)一的戰(zhàn)略和框架，打破信息孤島，將多個數據源結合起來，提高效率，并獲得更高層次的洞察能力。數字孿生就是一種倡議和框架，幫助將不同的資源導向這些統(tǒng)一的目標。但要實現這些概念，企業(yè)需要確定業(yè)務痛點，集合跨職能的利益相關者，并為孿生確定數字化任務。

 

數字孿生正在迅速地被證明是數字化轉型的關鍵戰(zhàn)略加速器，可以釋放工業(yè)互聯(lián)網和增強現實所創(chuàng)造的數據價值。