對(duì)100個(gè)數(shù)字孿生項(xiàng)目進(jìn)行分析的研究結(jié)果

簡(jiǎn)而言之

數(shù)字孿生的市場(chǎng)在 2020 年至 2022 年間擴(kuò)大了 71%。63% 的制造商目前正在開發(fā)數(shù)字孿生或計(jì)劃開發(fā)數(shù)字孿生。

最新的《2023-2027 年數(shù)字孿生市場(chǎng)報(bào)告》重點(diǎn)介紹了當(dāng)今數(shù)字孿生的六大主要應(yīng)用：系統(tǒng)預(yù)測(cè)、系統(tǒng)模擬、資產(chǎn)互操作性、維護(hù)、系統(tǒng)可視化和產(chǎn)品模擬。

為什么這有關(guān)系？

許多數(shù)字化轉(zhuǎn)型計(jì)劃涉及創(chuàng)建物理資產(chǎn)的數(shù)字副本（數(shù)字孿生）。

了解不同數(shù)字孿生和活動(dòng)熱點(diǎn)的細(xì)微差別有助于供應(yīng)商集中精力，并幫助最終用戶選擇最能產(chǎn)生價(jià)值的計(jì)劃。

數(shù)字孿生已成為工業(yè) 4.0 的關(guān)鍵話題

根據(jù)最近發(fā)布的《2023-2027 年數(shù)字孿生市場(chǎng)報(bào)告》，獨(dú)立數(shù)字孿生軟件的市場(chǎng)在 2020 年至 2022 年間增長(zhǎng)了 71% 。調(diào)查結(jié)果也是本研究的一部分，表明采用率很高。例如，全球 29% 的制造公司已經(jīng)或正在對(duì)其部分運(yùn)營(yíng)資產(chǎn)實(shí)施數(shù)字孿生戰(zhàn)略，另有 63% 目前正在制定或已經(jīng)制定數(shù)字孿生戰(zhàn)略。

盡管數(shù)字孿生的起源可以追溯到 1970 年美國(guó)宇航局的阿波羅計(jì)劃，但創(chuàng)建物理資產(chǎn)的數(shù)字副本并在虛擬世界中進(jìn)行可視化/模擬/預(yù)測(cè)的概念非常適合正在努力使工業(yè) 4.0 成為現(xiàn)實(shí)或正在努力實(shí)現(xiàn)的公司。針對(duì)未來的工業(yè)元宇宙項(xiàng)目。

別搞錯(cuò)了：雖然數(shù)字孿生的定義可能很簡(jiǎn)單，但它的應(yīng)用卻很多。2020 年，我們發(fā)布了關(guān)于該主題的第一份市場(chǎng)研究報(bào)告，并展示了實(shí)際上可能有 200 種或更多不同類型的數(shù)字孿生。

我們從您那里收到的反饋是，分類有助于確保蘋果對(duì)蘋果的數(shù)字孿生比較，但關(guān)于活動(dòng)熱點(diǎn)的問題仍然存在。因此，作為我們新的 233 頁數(shù)字孿生市場(chǎng)報(bào)告 2023-2027 的一部分，我們按照三個(gè)維度對(duì) 100 個(gè)真實(shí)的數(shù)字孿生項(xiàng)目進(jìn)行了分類，并發(fā)現(xiàn)了六個(gè)主要活動(dòng)領(lǐng)域。這六個(gè)數(shù)字孿生應(yīng)用熱點(diǎn)涵蓋了我們分析的所有數(shù)字孿生項(xiàng)目的三分之二。

對(duì)數(shù)字孿生進(jìn)行分類

IoT Analytics 將數(shù)字孿生定義為復(fù)制現(xiàn)有或潛在現(xiàn)實(shí)世界資產(chǎn)、系統(tǒng)或多個(gè)系統(tǒng)行為的虛擬模型。

描述數(shù)字孿生概念的三個(gè)主要維度。長(zhǎng)方體的每個(gè)軸代表數(shù)字孿生體的一個(gè)維度：

生命周期階段：X 軸代表數(shù)字孿生用于從設(shè)計(jì)到退役的六個(gè)生命周期階段。

層級(jí)：Y 軸代表數(shù)字孿生代表的五個(gè)層級(jí)，從信息到多系統(tǒng)。

用途/實(shí)施目的：Z 軸代表數(shù)字孿生的七種最常見用途，例如模擬和預(yù)測(cè)。

有 210 種潛在的不同數(shù)字孿生組合（5 x 6 x 7 = 210），盡管我們的研究表明許多數(shù)字孿生計(jì)劃迎合了不止一種組合。

六種最常見的數(shù)字孿生應(yīng)用程序

作為研究的一部分，IoT Analytics 查看了 100 個(gè)數(shù)字孿生案例研究，并將每個(gè)項(xiàng)目分類到數(shù)字孿生方體中。結(jié)果是六個(gè)數(shù)字孿生活動(dòng)集群脫穎而出。我們稱它們?yōu)閿?shù)字孿生應(yīng)用程序：

注：加起來超過100%是因?yàn)楹芏囗?xiàng)目同時(shí)落入幾個(gè)集群。

數(shù)字孿生應(yīng)用一：系統(tǒng)預(yù)測(cè)

30% 的分析數(shù)字孿生項(xiàng)目被認(rèn)為是用于系統(tǒng)預(yù)測(cè)的數(shù)字孿生，其中數(shù)字孿生用于在其“運(yùn)行”期間預(yù)測(cè)整個(gè)系統(tǒng)（例如工廠、建筑物、風(fēng)電場(chǎng)或城市的一部分或全部） ”或“優(yōu)化”生命周期階段。

這種數(shù)字孿生側(cè)重于使用當(dāng)前數(shù)據(jù)和運(yùn)行歷史的相關(guān)記錄來預(yù)測(cè)物理系統(tǒng)的行為和未來狀態(tài)。預(yù)測(cè)數(shù)字孿生的核心是用于預(yù)測(cè)未來結(jié)果的預(yù)測(cè)模型。

系統(tǒng)預(yù)測(cè)Digital Twin項(xiàng)目示例：

韓國(guó)風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)營(yíng)商Doosan Enerbility部署了一個(gè)數(shù)字雙胞胎來幫助預(yù)測(cè)功率輸出，從而幫助其風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)營(yíng)。數(shù)字孿生結(jié)合了風(fēng)力渦輪機(jī)上物聯(lián)網(wǎng)傳感器的數(shù)據(jù)、天氣數(shù)據(jù)和預(yù)期功率輸出模型。數(shù)字孿生有兩個(gè)主要目的：a.) 充當(dāng)性能看門狗，風(fēng)力渦輪機(jī)的基于物理學(xué)的模型計(jì)算理論輸出，同時(shí)考慮當(dāng)前的天氣狀況，將理論輸出與實(shí)際輸出進(jìn)行比較，并標(biāo)記任何異常。b.) 作為輸出預(yù)測(cè)工具，用于改進(jìn)規(guī)劃，根據(jù)預(yù)報(bào)的天氣數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)未來的發(fā)電量。

基于數(shù)字孿生的功率輸出預(yù)測(cè)通過增加公司對(duì)韓國(guó)電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商做出的輸出承諾同時(shí)避免因未能履行這些承諾而被罰款，從而幫助斗山提高了風(fēng)電場(chǎng)的收入。

有關(guān)詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱斗山風(fēng)電場(chǎng)數(shù)字孿生：可視化物聯(lián)網(wǎng)和機(jī)器學(xué)習(xí)

數(shù)字孿生應(yīng)用二：系統(tǒng)仿真

28% 的分析數(shù)字雙胞胎項(xiàng)目被認(rèn)為是用于系統(tǒng)模擬的數(shù)字雙胞胎，其中系統(tǒng)在其“構(gòu)建”、“運(yùn)營(yíng)”或“優(yōu)化”生命周期階段進(jìn)行模擬。

模擬整個(gè)（復(fù)雜的）系統(tǒng)允許工程師在大型環(huán)境中測(cè)試“假設(shè)”場(chǎng)景，與產(chǎn)品級(jí)模擬相比，有更多相互關(guān)聯(lián)的變量發(fā)揮作用。示例包括開放或進(jìn)行重大更改之前的工廠模擬、鐵路網(wǎng)絡(luò)模擬或交通模擬。這種系統(tǒng)模擬的主要好處之一是通過在進(jìn)行更改之前測(cè)試所使用的資產(chǎn)類型、關(guān)鍵操作參數(shù)和其他重要系統(tǒng)變量來降低成本。

系統(tǒng)仿真Digital Twin項(xiàng)目示例：

火車制造商Siemens Mobility需要向德國(guó)火車運(yùn)營(yíng)商Deutsche Bahn AG提供 170 輛新型高速火車。對(duì)于這些列車，西門子開發(fā)了一種全新的基于汽車的列車控制架構(gòu)，該架構(gòu)以前從未部署過。為了降低開發(fā)成本，西門子開發(fā)了一個(gè)數(shù)字孿生體，可以模擬整列列車 40 個(gè)不同子系統(tǒng)的功能。該解決方案的主要特點(diǎn)是功能模擬，它使用模擬環(huán)境中列車電氣模式的表示。西門子估計(jì)，基于數(shù)字孿生的仿真將成本降低了 100 萬美元至 800 萬美元。

有關(guān)詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱通過虛擬高速和通勤列車測(cè)試降低風(fēng)險(xiǎn)和成本

數(shù)字孿生應(yīng)用三：資產(chǎn)互通

24% 的分析數(shù)字孿生項(xiàng)目被認(rèn)為是資產(chǎn)互操作性的數(shù)字孿生，其中數(shù)字孿生簡(jiǎn)化了通用數(shù)據(jù)格式，并允許在“運(yùn)營(yíng)”或“優(yōu)化”生命周期階段進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)輸入/輸出。

資產(chǎn)互操作性孿生允許從資產(chǎn)的各個(gè)維度實(shí)時(shí)提取數(shù)據(jù)，包括資產(chǎn)特征、特性、屬性、狀態(tài)、參數(shù)、測(cè)量數(shù)據(jù)和能力。盡管資產(chǎn)互操作性是任何數(shù)字孿生項(xiàng)目的基本目標(biāo)，但實(shí)施特定資產(chǎn)互操作性孿生時(shí)的主要思想是開發(fā)一種標(biāo)準(zhǔn)化的方式來處理資產(chǎn)以及將新資產(chǎn)迅速集成到整個(gè)系統(tǒng)的能力。許多特定的資產(chǎn)互操作性孿生計(jì)劃與主要行業(yè)聯(lián)盟提供的互操作性框架保持一致，例如數(shù)字孿生聯(lián)盟的互操作性框架或 Platform Industrie 4.0/IDTA 的資產(chǎn)管理外殼。

資產(chǎn)互通數(shù)字孿生項(xiàng)目示例：

一級(jí)方程式車隊(duì)Scuderia Ferrari構(gòu)建了一個(gè)數(shù)字雙胞胎，以幫助集成和分析來自車輛的各種傳感器數(shù)據(jù)點(diǎn)，并允許不同的團(tuán)隊(duì)協(xié)作分析空氣動(dòng)力學(xué)、動(dòng)力、車輛動(dòng)力學(xué)和賽車工程。

將所有數(shù)據(jù)源簡(jiǎn)化為數(shù)字雙胞胎的能力有助于團(tuán)隊(duì)更快地做出更多數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的決策。

有關(guān)詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱Palantir Technologies + Scuderia Ferrari 合作伙伴關(guān)系概述

數(shù)字孿生應(yīng)用四：維護(hù)

21% 的分析數(shù)字孿生項(xiàng)目被認(rèn)為是用于維護(hù)的數(shù)字孿生，其中數(shù)字孿生的主要目的是在生命周期的“維護(hù)”階段協(xié)助（系統(tǒng)），通常涉及某種形式的“預(yù)測(cè)”。

迎合維護(hù)生命周期階段的數(shù)字孿生主要旨在確保系統(tǒng)的運(yùn)行有效性，例如，通過向維護(hù)人員提供有關(guān)物理資產(chǎn)或系統(tǒng)的深入信息，在計(jì)劃停機(jī)或維修任務(wù)期間協(xié)助維護(hù)人員。維護(hù)數(shù)字孿生還支持旨在完全防止資產(chǎn)故障的預(yù)測(cè)性維護(hù)用例，從而避免代價(jià)高昂的停機(jī)時(shí)間。

維護(hù)數(shù)字孿生項(xiàng)目示例：

德國(guó)公用事業(yè)公司E.ON啟動(dòng)了一個(gè)項(xiàng)目，使公司能夠轉(zhuǎn)向更具預(yù)防性、預(yù)測(cè)性和基于風(fēng)險(xiǎn)的資產(chǎn)維護(hù)方法。作為該項(xiàng)目的一部分，E.ON 實(shí)施了一個(gè)基于云的數(shù)字雙胞胎，用于更好地預(yù)測(cè)資產(chǎn)故障。數(shù)字孿生使公司能夠評(píng)估每種資產(chǎn)類型的故障模式，并確定設(shè)備群的剩余壽命。

有關(guān)詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱DNV 為 E.ON 創(chuàng)建數(shù)字孿生

數(shù)字孿生應(yīng)用五：系統(tǒng)可視化

20%的分析數(shù)字雙胞胎項(xiàng)目被認(rèn)為是用于系統(tǒng)可視化的數(shù)字雙胞胎，其中數(shù)字雙胞胎用于在其“運(yùn)行”生命周期階段可視化系統(tǒng)。

最常用的可視化類型是 3D 可視化元素（通常使用 CAD 繪圖），它們有助于創(chuàng)建更好的透明度，例如，關(guān)于系統(tǒng)的當(dāng)前操作條件。

系統(tǒng)可視化Digital Twin項(xiàng)目示例：

意大利國(guó)家鐵路運(yùn)營(yíng)商Ferrovie dello Stato構(gòu)建了鐵路基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)字孿生體，其中包括 10,000 多英里的軌道、車站、隧道、橋梁、信號(hào)、道岔、電氣化硬件和協(xié)調(diào)一切的 IT 系統(tǒng)。數(shù)字雙胞胎從相機(jī)和 GPS 接收器等傳感器獲取數(shù)據(jù)，并采用先進(jìn)的學(xué)習(xí)算法來創(chuàng)建鐵??路系統(tǒng)的交互式 3D 復(fù)制品。ArcGIS用于地理元素的 3D 可視化，創(chuàng)建鐵路基礎(chǔ)設(shè)施的完整可視化清單。

由此產(chǎn)生的數(shù)字雙胞胎可幫助控制室的鐵路管理人員對(duì)整個(gè)鐵路網(wǎng)絡(luò)中的橋梁和車站等基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行遠(yuǎn)程可視化。它還可以幫助當(dāng)?shù)貑T工預(yù)防安全隱患并提高準(zhǔn)時(shí)率。

有關(guān)詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱數(shù)字孿生技術(shù)如何幫助在意大利構(gòu)建智能鐵路系統(tǒng)

數(shù)字孿生應(yīng)用六：產(chǎn)品仿真

9% 的分析數(shù)字孿生項(xiàng)目被認(rèn)為是用于產(chǎn)品模擬的數(shù)字孿生，其中（未來）產(chǎn)品在“設(shè)計(jì)”或“構(gòu)建”生命周期階段進(jìn)行模擬。

數(shù)字孿生在開發(fā)新產(chǎn)品和改進(jìn)產(chǎn)品方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。關(guān)鍵用例是在構(gòu)建潛在的未來產(chǎn)品之前模擬其不同設(shè)計(jì)，從而無需構(gòu)建昂貴的原型并允許快速測(cè)試數(shù)千（在某些情況下為數(shù)百萬）的產(chǎn)品差異。產(chǎn)品模擬數(shù)字孿生通常駐留在計(jì)算機(jī)輔助工程 (CAE) 軟件中，有時(shí)與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) (CAD) 軟件密切相關(guān)。典型的模擬類型包括流體動(dòng)力學(xué)、機(jī)械性能或電磁兼容性。

產(chǎn)品仿真Digital Twin項(xiàng)目示例：

德國(guó)包裝和裝瓶機(jī)制造商克朗斯使用數(shù)字雙胞胎來測(cè)試其自動(dòng)化飲料包裝系統(tǒng)之一的新產(chǎn)品設(shè)計(jì)。該公司希望將動(dòng)態(tài)三腳架機(jī)器人納入產(chǎn)品設(shè)計(jì)。為此，必須測(cè)試包裹在移動(dòng)的傳送帶上滑動(dòng)時(shí)的摩擦力和重力以及許多其他類似因素?？死仕雇ㄟ^從 CAD 軟件導(dǎo)出的 STEP 文件中導(dǎo)入幾何和慣性數(shù)據(jù)，為三腳架機(jī)器人開發(fā)了一個(gè)模型。該團(tuán)隊(duì)在模擬過程中測(cè)試了許多場(chǎng)景，例如注入故障，例如極高水平的摩擦，以分析此類事件期間的系統(tǒng)行為。通過對(duì)三腳架機(jī)器人進(jìn)行建模和仿真，克朗斯能夠提高機(jī)器人的性能效率，縮短產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間，并顯著減少測(cè)試時(shí)間。

有關(guān)詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱克朗斯開發(fā)包裹處理機(jī)器人數(shù)字孿生

我們的看法

研究表明，人們對(duì)數(shù)字孿生很感興趣，但并非所有數(shù)字孿生都是平等的。每個(gè)數(shù)字雙胞胎項(xiàng)目在其復(fù)雜性、所迎合的生命周期階段和使用方面都是不同的。

重要的是要認(rèn)識(shí)到數(shù)字孿生沒有一種最佳或單一用途。這真的取決于最終目標(biāo)。對(duì)于某些數(shù)字孿生應(yīng)用程序，模擬可能是關(guān)鍵用途（例如，當(dāng)想要測(cè)試“假設(shè)”場(chǎng)景時(shí)）；對(duì)于其他人，仿真可能是關(guān)鍵用途（例如，檢查配置錯(cuò)誤或培訓(xùn)操作員時(shí)）；對(duì)于其他人來說，預(yù)測(cè)是關(guān)鍵用途（例如，在估計(jì)未來表現(xiàn)時(shí)）。

我們確定了六個(gè)數(shù)字孿生應(yīng)用集群，它們反映了當(dāng)今所有數(shù)字孿生項(xiàng)目的三分之二。關(guān)于最常見的用途，31% 的數(shù)字孿生項(xiàng)目專注于系統(tǒng)級(jí)的預(yù)測(cè)。

這對(duì)希望采用數(shù)字孿生的公司意味著什么？

對(duì)于組織而言，重要的是將數(shù)字孿生視為實(shí)現(xiàn)更廣泛數(shù)字化轉(zhuǎn)型的一種手段。盡管公司通常從小規(guī)模開始，但許多公司最終會(huì)擴(kuò)展數(shù)字孿生計(jì)劃并將其集成到更大的數(shù)字主線中。公司應(yīng)考慮以下問題：

我們的數(shù)字雙胞胎應(yīng)該解決什么問題？

我們是否需要一個(gè)以上的數(shù)字孿生項(xiàng)目？

我們是否應(yīng)該以所有 200 多種潛在組合的更廣泛的思維方式來看待數(shù)字雙胞胎？

我們的研究還表明，盡管數(shù)字雙胞胎取得了成功，但 72% 的已著手?jǐn)?shù)字雙胞胎項(xiàng)目的組織報(bào)告稱面臨構(gòu)建數(shù)字雙胞胎解決方案成本的挑戰(zhàn)。

對(duì)于任何不確定的技術(shù)舉措，采用者還應(yīng)該：

根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)堆棧和內(nèi)部人才評(píng)估他們采用數(shù)字雙胞胎的準(zhǔn)備情況。我們的研究強(qiáng)調(diào)，許多“傳統(tǒng)”軟件工具（如 CAD、CAE 和 PLM）以及物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)和云等新工具在開發(fā)數(shù)字孿生時(shí)發(fā)揮著重要作用。

量化數(shù)字孿生的好處，并將其與不為各個(gè)用例/擬議應(yīng)用程序?qū)嵤?shù)字孿生的機(jī)會(huì)成本進(jìn)行比較。

設(shè)計(jì)有助于衡量進(jìn)展的指標(biāo)。某些數(shù)字孿生項(xiàng)目需要數(shù)年時(shí)間才能實(shí)現(xiàn)，因?yàn)楸倔w映射、創(chuàng)建復(fù)雜的可視化或開發(fā)合適的預(yù)測(cè)算法有時(shí)需要比預(yù)期更長(zhǎng)的時(shí)間。

這對(duì)數(shù)字孿生供應(yīng)商生態(tài)系統(tǒng)中的公司意味著什么？

數(shù)字孿生供應(yīng)商目前享有有利的市場(chǎng)條件，數(shù)字孿生是目前企業(yè)軟件中增長(zhǎng)最快的領(lǐng)域之一。

但是，供應(yīng)商可能需要考慮以下三個(gè)方面：

您可能需要六種不同的數(shù)字孿生上市策略。我們?cè)诒疚闹袕?qiáng)調(diào)的六個(gè)數(shù)字孿生應(yīng)用領(lǐng)域截然不同，具有本質(zhì)上不同的客戶需求。系統(tǒng)預(yù)測(cè)、系統(tǒng)仿真等應(yīng)用領(lǐng)域是當(dāng)前熱點(diǎn)，更多客戶準(zhǔn)備采用；但是，作為供應(yīng)商，您是否在進(jìn)入市場(chǎng)戰(zhàn)略中正確處理了每個(gè)集群？

伙伴關(guān)系很重要。供應(yīng)商需要密切關(guān)注通過將現(xiàn)有數(shù)字孿生產(chǎn)品與新技術(shù)和新合作伙伴合并來對(duì)其進(jìn)行微調(diào)。這使他們能夠提供目前沒有供應(yīng)商單獨(dú)提供的完整的端到端解決方案。例如，數(shù)字孿生供應(yīng)商西門子與 Nvidia 合作，支持兩家公司的生態(tài)系統(tǒng)。

數(shù)字孿生并不總是基于獨(dú)立的解決方案。許多數(shù)字孿生解決方案都集成在更大的軟件環(huán)境中（例如，CAD、CAE 和仿真）。盡管我們作為研究的一部分分析的參考架構(gòu)強(qiáng)調(diào)了對(duì)數(shù)字孿生特定軟件的需求，但它也可以存在于不同的或更廣泛的軟件產(chǎn)品中。

方法

作為我們新的233頁數(shù)字孿生市場(chǎng)報(bào)告 2023-2027的一部分，我們準(zhǔn)備了一個(gè)包含100個(gè)數(shù)字孿生案例研究的綜合數(shù)據(jù)庫，其中包含有關(guān)特定公司、項(xiàng)目和行業(yè)的基本信息。這些信息是通過初級(jí)和二級(jí)研究獲得的——在歐洲數(shù)字孿生峰會(huì)或漢諾威工業(yè)博覽會(huì)2022等會(huì)議、網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)、分析師簡(jiǎn)報(bào)會(huì)以及與行業(yè)專家的一對(duì)一會(huì)議上進(jìn)行定性研究。

根據(jù)IoT Analytics的定義，案例研究基于信息的充分性和滿足被稱為數(shù)字雙胞胎的核心要求而包含在報(bào)告中。

您是否有興趣了解有關(guān)數(shù)字孿生應(yīng)用程序的更多信息？

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