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数字孪生技术如何“脱颖而出”？

发布于：2024-06-18 编辑：匿名来源：网络

如果有一个系统能够实时呈现城市的“脉搏”，那不是很酷吗？ Gartner十大期待技术之一，工业互联网皇冠上的明珠，市场规模达数十亿，从工业场景走向城市，GE、西门子、微软、阿里巴巴重点布局——这就是Digital Twin。

基本面。

今年以来，A股出现了两个被热炒的概念。

一是边缘计算，二是数字孪生。

多只相关个股已涨停。

尤其是当波音MAX8飞机遭遇严重空难、法国巴黎圣母院被烧毁后，围绕数字孪生技术的讨论达到了高潮。

在资本投入方面，中国对智慧城市技术的投资已达到10亿美元（仅次于美国）。

数字孪生城市的提出无疑为智慧城市建设注入了新的活力：将带动相关行业的技术研发投入，推动地方政府加大对智慧城市建设的投入。

目前，大厂商已入局，产业场景已激活，但整体赛道还有些不成熟。

各行业还处于探索自身技术和商业规则的建立阶段，距离实力PK的竞争阶段还很远。

毕竟这个概念在国内引进才几年时间，距离广泛应用还比较早。

智慧城市的主赛道是城市大脑和各种城市级应用，包括数字政府。

数字孪生将是小菜一碟，好处巨大，非常诱人。

数字孪生的概念起源于太空探索，后来进入美国国防工业。

它是由密歇根大学教授迈克尔·格里夫斯博士提出的。

他在文章中首次提到“数字孪生”，认为通过物理设备的数据，可以在虚拟（信息）空间中构造出能够代表物理设备的虚拟实体和子系统，而这种联系就是不是单向和静态的，而是在整个产品的生命周期中紧密结合在一起。

正是NASA将这一概念付诸实践。

例如，它为阿波罗计划开发了两架相同的航天器，以反映地球上的太空条件，用于训练和飞行准备。

洛克希德·马丁公司将数字孪生视为未来国防工业六大顶级技术之首。

美国通用电气公司（GE）为每台发动机、每台涡轮机和每台核磁共振创建了数字孪生。

通过这些虚拟的真实数字模型在虚拟空间中进行调试和实验，以达到机器的最佳运行效果。

此前，Gartner发布了年度十大战略技术趋势。

这些趋势不是概念性技术，而是已经取得决定性突破，并将发展为更广泛的应用。

它们的高波动性将在未来五年达到临界点。

这些趋势包括人工智能、数字孪生、边缘计算、量子计算、沉浸式技术、区块链、智能空间等，而且这些技术日益互联。

Gartner研究员兼副总裁David Cearley认为，无处不在的智能设备基于大数据提供各种周到的服务将是技术的未来。

Gartner 称之为智能数字网格。

什么是数字孪生？对于工业互联网行业人士来说，数字孪生这个词已经是老生常谈了。

根据国际统一定义，数字孪生充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，整合多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，完成映射虚拟空间能够反映相应物理设备的整个生命周期过程。

了解数字孪生是一个超越现实的概念，可以看作是一个或多个重要且相互依赖的设备系统的数字测绘系统。

工业互联网肯定是第一场景，比如机器安装、生产线安装、建立虚拟版的生产环境。

整个环境必须以数字方式描述。

这迎合了工业互联网的工业数字化背景。

借助这项技术，工程师不仅可以看到产品外部的变化，还使得观察内部零件的动态成为可能。

例如，通过数字3D模型，我们可以看到汽车运行过程中发动机内部的每个部件、线路、各种接头的每一个变化，从而可以对产品进行预防性维护。

目前，西门子、GE、施耐德等主流制造商已经在使用该技术来优化工业流程。

历来有“工业领域1%革命”的说法：生产效率提高1%，成本降低1亿。

这可以通过 GE 00 美元的故事来说明。

在GE工厂，电厂涡轮推力轴承位置发生改变，导致涡轮轴向位移从-0.29毫米变为-0.mm。

该移动量等于单个睫毛的宽度，并且仍在安全操作参数范围内。

然而，汽轮机要承受极端的温度、压力和力，即使很小的变化也会造成巨大的损失。

但如果不干预，推力轴承将继续移动，轴向位移将继续移动。

当工厂控制中心响起警报并发现偏差时，损害已经造成：涡轮机将不得不离线，零件将需要更换，电力生产数据将丢失。

电力生产商的总成本为 00 美元。

幸运的是，对于电力生产商来说，这是他们不必支付的成本。

GE位于巴黎的数字工业管理服务中心的工程师利用汽轮机的“数字孪生系统”来观察偏差并提前做出预测，以确保不会发生巨大损失。

截至今年，GE 已拥有 10,000 个数字孪生，可处理 100 种不同类型的设备资产。

此外，据 Gartner 称：“到 2020 年，一半的大型工业公司将使用数字孪生，从而将这些组织的效率提高 10%。

”仔细想想，这将是一笔巨大的成本节约，也相当于变相的盈利。

国内，树根互联、研华、软通动力等都在制定计划。

城市如何利用“数字孪生”？对于一项技术来说，城市场景更加宏大，从工业走向城市场景是必然的。

预计到2020年，85%的物联网平台将采用某种数字孪生技术进行监控，少数城市将率先采用数字孪生技术进行智慧城市管理。

位于美国的Bentley Systems公司是目前业内较为活跃的数字孪生制造商。

他们目前正在努力将其数字孪生云服务从基础设施项目“攀登”到整个城市规模。

该公司首席执行官格雷格·本特利 (Greg Bentley) 表示：“这最终为业主开放了以前的工程技术和数据 (ET)，使其与传统信息技术 (IT) 和新连接的运营技术 (OT) 联手。

”这意味着，通过 4D 数字孪生为基础设施专业人员（包括现实网格、地形模型、图像和 GIS 源）有效推进建筑信息模型 (BIM) 和地理信息系统 (GIS)。

这是典型的细分场景与城市场景相结合的一种可能性。

你可能不相信，但在印度，安得拉邦首府海得拉巴建立了当地第一个数字孪生系统，使当地政府官员能够管理许可流程、监控施工进度和评估设计方案，让他们了解比如建筑物如何应对高温和潮湿的气候。

新加坡已投资1万美元实施“虚拟新加坡”项目。

建成后，将成为权威的数字三维城市模型和数据协作平台，可供政府机构、企业和研究人员作为建设更具韧性城市的测试平台。

虚拟新加坡在国内从业者看来，数字孪生主要在地理信息产业中发挥催化作用。

例如，无人机群用于为城市提供基于图像扫描的城市数字模型。

街道、社区、娱乐、商业等各种功能模块将拥有数字化模型。

这一点在一些城市已经实现。

例如，深圳市于2018年12月启动全市虚拟城市环境数据采集工作，分为一期和二期两个阶段。

一期于12月启动，二期于4月启动。

预计相关工作将于今年年底完成。

在这种模式下，数字化将进入电力线路、变电站、污水系统、给排水系统、城市应急系统、Wi-Fi网络、高速公路、交通控制系统等看得见或看不见的地方，城市管理将变得更加轻松可控。

比如，我们正在建设智慧绿色雄安。

有肉眼可见的实体雄安；在其背后的物理系统和软件系统中，还有与其一一对应的雄安数字孪生模型。

新南威尔士大学（UNSW Sydney）建筑环境学院教授、《太阳能光伏建筑设计》一书的作者迪奥·普拉萨德（Deo Prasad）在接受雷锋网专访时提到，智能技术什么时候能发挥作用？ “临界点”？那就是数字孪生城市到来的那一天。

“目前的做法是想了想就开始建设。

”未来，我们或许可以在城市的三维数字孪生模型上进行模拟。

智慧城市如果不盈利，不能创造新的价值，肯定没有办法继续做下去。

现在这个行业的全球产值已经达到1万亿美元，中国的很多智慧城市产品已经行销全球并赚钱了。

”他认为数字孪生在城市场景中对于提高效率来说是最重要的价值。

玩家上赛道：巨头与初创企业“合并” 如今，除了数字孪生在工厂的实际应用外，这项技术也在被亚马逊、微软、谷歌、苹果、阿里巴巴等科技公司所“痴迷”。

亚马逊是全球技术投入最高的科技公司，也是技术布局覆盖范围最广的巨头之一。

Garnter 的十大技术报告中几乎所有内容都可以创建任何物理环境的数字模型，包括将它们连接起来的人、地点、事物、关系和流程。

借助Azure Digital Twins，用户可以查询空间环境中的数据，而不仅仅是查询单个传感器。

该服务将成为Azure IoT平台的一部分。

Azure 数字孪生和 Azure IoT 之间的关系。

阿里巴巴城市大脑团队始终保持“交通智慧”、“城市智慧”、“生态智慧”的分层进化思维，总结出3个“城市大脑”的衡量标准：1）超大规模处理能力规模化人类无法实时理解的全方位多源数据（整体认知）； 2）能够辨别人类尚未发现的复杂隐藏模式（机器学习）； 3）能够制定超越人类局部次优决策的全局最优策略（全球协作）。

阿里城市大脑三步走战略则相反，受限于单一数据源、只卖设备、不了解业务场景、实时数据处理规模有上限的“伪城市大脑”会给城市带来更多的复杂性风险。

阿里巴巴副总裁刘松此前也提到，目前的城市建设只能规划城市未来10年的发展。

当城市中居住的人群发生变化时，城市的承载能力就会不同，城市就需要重新塑造。

，而数字孪生技术预测了未来几年城市的变化，这是最大的区别。

“业界提出了数字孪生，已经在汽车制造、飞机制造中得到应用，但数字孪生城市更加雄伟。

目前生活方式每10年就会逆转一次，未来则以年计算。

10年与岁月相比，这是一个矛盾，但数字孪生是一个很好的尝试，数据是它的基础媒介。

”今年3月，达摩院视觉智能团队推出了“数字平行世界”，与阿里巴巴之前“城市大脑”的一些系统和场景相比，“数字平行世界”的系统实际上已经真正进入了现实。

城市三维建筑从对城市基础数据的感知、分析、提炼，从表象信息升级到内外融合领域，更下层、更深层次，将让科大讯飞更加实用、实用。

一直有“科大讯飞超级大脑”智慧城市解决方案，其中也涉及到数字孪生技术，科大讯飞轮值总裁胡宇此前曾提到，未来某个城市的道路是否应该开挖，工程师和决策者都知道。

需要先在虚拟城市中进行模拟，选择最佳方案，然后在实体城市中实施，这就是用新鲜数据激活城市、解决城市病的逻辑。

Terry Digital 通过一项网络服务覆盖全球主要城市（柏林、伦敦、里昂、巴黎、旧金山、摩纳哥）。

泰瑞数字创新是该领域成熟的团队。

自2016年成立以来，一直参与数字孪生城市建设。

掌握了六大核心技术中的四项，即新型测绘、全要素表达、仿真、深度学习，其余两项是标识感知和协同计算。

特里最初是与国家测绘地理信息局联合成立的，为国家安全部门提供相关技术。