数字孪生与工业互联网

根据Garnter的2017技术成熟度曲线，数字孪生正在处于冉冉上升的阶段。同样，IDC在2017年11月给出的预测是，到2020年，全球头部2000家企业的30%，都会使用IoT产品中的数字孪生来提供产品创新。

数字孪生尽管尚未成为主流，却是每一个企业都不能回避的命题。

工业互联网是数字孪生的孵化床。物理实体的各种数据收集、交换，都要借助IoT来实现。它将机器、物理基础设施都连接到数字孪生上，将数据的传递、存储分别放到边缘或者云端。可以说，工业互联网激活了数字孪生的生命，它天生具有的双向通路的特征，使得数字孪生真正成为一个有生命力的模型。

数字孪生的核心是，合适的时间、合适的场景，做基于数据的、实时正确的决定。这意味着可以更好地服务客户。

数字孪生是工业互联网的重要场景，也是工业App的完美搭档。工业App可以调用数字孪生。一个数字孪生可以支持多个App。工业App可以分析大量的KPI数据，包括生产效率、宕机分析、失效率、能源数据等，形成评估结果，可以反馈并储存到数字孪生，使得产品与生产的模式都可以得到优化。

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数字孪生与车间产线生产

数字孪生是以资产为核心，而产线生产则是以流程为核心。

机器安装、产线安装，同样可以建立一个更庞大的、虚拟的仿真版本。通过将物理产线在数字空间进行复制，可以提前对安装、中试的工艺进行仿真。

借助数字孪生的记录和分析，在实际产线安装时，可以直接复制使用，从而大大降低安装成本，加速新产品的引进。而机器调试中的数据，可以用来优化生产，例如能耗、错误比率、循环周期等，还可以在后来的工厂和设备的运行过程中，继续发挥作用，从而提高厂房效率。值得一提的是，必要时数字孪生只携带一部分信息，它一般不需要完整的BOM。

这对于生产线而言，是一个巨大的利好消息。OEM供应商要考虑的问题，也不仅仅是产品，而是涉及多领域模型、传感器、边缘设备等软件配套。

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数字孪生与智能制造

智能制造的范畴十分宽泛，包括数字化、网络化和智能化的方方面面，而数字孪生很聚焦。

智能制造包含着大量的数字孪生的影子。智能生产、智能产品和智能服务，其中涉及智能的地方都多少会用到数字孪生。

数字孪生是智能服务的重要载体。这里包含三类数字孪生：一类是功能型数字孪生，指示一个物体的基本状态，例如开关或者满或者空。一类是静态数字孪生，用来收集原始数据，以便用来做后续分析，但尚没有建立分析模型。

最重要的一类是第三种，就是高保真数字孪生。它可以对一个实体做深入的分析，检查关键因素，包括环境，用于预测和指示如何操作。NASA是这方面的例子。

在过去，产品一旦交付给用户，就到了截止点，成为产品孤儿。产品研发就趋于停滞。而现在通过数字孪生，可以从实体获取营养和反馈，然后成为研发人员最为宝贵的优化方略。“产品孤儿”变成了“在线宝宝”。

换言之，数字孪生，成为一个测试沙盒。许多全新的产品创意，可以直接通过数字孪生，传递给实体。

数字孪生正在成为一个数字化企业的标配。德国夹具公司雄克Schunk有5000个标准产品，都将配置一个digital twin，其中50个零部件已经开始建模。

智能制造包括的设计、制造和最终的产品服务，都离不开数字孪生的影子。它起源于设计、形成于制造，最后以服务的形式，在用户端与制造商保持联系。

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数字孪生与工业的边界

对于一个产品的全生命周期过程而言，数字孪生发源于创意，从CAD设计开始，到物理产品实现，再到进入消费阶段的服务记录持续更新。

然而，生产一个产品的制造过程，本身也可能是一个数字孪生。也就是，工艺仿真、制造过程，都可能建立一个复杂的数字孪生，进行仿真模拟，并记录真实数据进行交互。

产品的测试也是如此。在一个汽车自动驾驶的实例中，验证5级自动驾驶系统，即使不是最复杂的数字孪生的检验，那也是非常重要的一个应用。没有数字仿真，要完成这样的测试，需要完成140亿公里的实况测试。

而在一个工厂的建造上，数字孪生同样可以发挥巨大作用。通过建筑信息模型BIM（Building Information Modeling）和仿真手段，对工厂的水电气网以及各种设施，都可以建立数字孪生，实现虚拟工厂装配；并在真实厂房建造之后，继续记录厂房自身的变化。

对于厂房设施与设备，西门子在COMOS平台建立了数字孪生，并且与手机App呼应。这样，维修工人进入工厂，带着手机就可以随时扫描RFID或者QR码，分析维修状况，分配任务具体到人，包括备件、文档和设备信息。

显然，数字孪生可以是一个产品，一个产线，甚至是一个厂房。同样，钻井平台、集装箱、航行的货船也可以建立一个数字孪生。然而，数字孪生的野心还不限于此。它可以是一个复杂的组织或城市。

数据孪生组织(Digital Twin organization or DTO) 也叫数据孪生企业 (Digital Twin Enterprise or DTE)。荷兰软件公司Mavim提供数据孪生组织软件产品，能够把企业内部每一个物理资产、技术、架构、基础设施、客户互动、业务能力、战略、角色、产品、服务、物流与渠道都连接起来，实现数据互联互通和动态可视。

法国的达索系统正在用它的3D ExperienceCity，为新加坡城市建立一个完整的“数字孪生新加坡”。这样的城市规划师，就可以利用数字影像更好地解决城市能耗、交通等问题。

商店可以根据实际人流的情况，调整开业时间；红绿灯都不再是固定时间；突发时间的人流疏散，都有紧急的实时预算模型；甚至可以把企业之间的采购、分销关系也都加入进去，形成“虚拟社交企业”。

在2018年斯皮尔伯格的电影《头号玩家》中，普通人可以通过VR/AR自由进入一个虚拟的城市消耗自己的感情，也可以随时退回到真实的社区继续延续虚拟世界的情感。这一切似乎变得越来越可行。

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数字孪生与CIO

Gartner预测，到2021年，有50%的大型企业都会使用数字孪生。然而数字孪生如果要好用，它带来了一个巨大的“数字文化休克”的问题。这是一个激荡波。

CIO习惯聚焦在流程提升和成本下降，数字孪生聚焦在物理资产与以资产为核心的新业务模式。CIO是否能够独立应付这件事情，是一个严峻的考验。它不仅涉及经济性的问题，而且涉及商业模式和商业交付。例如一个轮胎制造商，在为用户交付一个轮胎的时候，必须同时交付一套数字孪生和支撑软件。这意味着，在轮胎的合同里面，会出现软件交付和数据交付！这是一个商业问题，而不再仅仅是企业信息化的问题。《哈佛商业评论》的一期杂志上，刊登了本文作者的一篇《工业互联网时代，首席数字官正当红》的文章，详细讨论了“企业信息化”边界的问题。

除了企业的各个部门需要共同制定战略，还有很多的数字伦理问题，需要跟合作伙伴和用户一起分析数据可能带来的结果。

很显然，数字孪生会影响到供应商、合作伙伴。这些，都不是CIO独自可以面对的使命。