脱“虚”向“实”，数字孪生是如何“抢滩”物联网？

【安防在线 www.anfang.cn】在工业4.0时代下，随着工业互联网的推广应用，不仅奠定了数字孪生技术应用落地的基础，实现了数字孪生的迭代优化，还扩展了数字孪生的技术应用价值，促使数字孪生正在快速进入制造业及其他行业领域。一个明显的标志就是工业物联网平台中对数字孪生用例的支持越来越多。

根据IDC数据，预计到2025年，全球数字孪生市场规模将增至264.6亿美元，2020-2025年CAGR高达38.35%。

用例支持越来越多，市场规模逐步扩大……所以，什么是数字孪生？它到底有何重要性？它与物联网之间又有着怎样的关系？

什么是数字孪生？

数字孪生，最早是由密歇根大学的Michael Grieves博士定义的，它的最初定义是在产品生命周期管理(PLM)当中。在Michael Grieves博士的论文当中写道，“数字孪生”的概念是对所生产的产品的虚拟展现。随后，到了2016年底，Gartner将数字孪生列入2017年十大技术趋势名单。

当下，在数字化的时代里，书籍变成了电子书，纸质信息变成了电子格式和数字流程，音乐变成了比特和字节……而对于这些，我们所拥有的只是数字信息，没有副本。但数字孪生是不同的，数字孪生是实物资产的数字(软件)副本。

因此，顾名思义，数字孪生是拥有两个版本的“事物”：物理版本和数字孪生版本，这里指的是从物联网中了解的实物资产，主要是工业互联网和工业4.0的网络物理系统，包括智能工厂。

举个例子，假如你有一个带有传感器的飞机发动机以及大量复杂的零件和技术，需要你在云中制作一个完全虚拟的副本，而这个虚拟副本如果真的是一个数字孪生，因此它就像真实的东西一样，可以帮助我们检测问题、测试新设置、模拟各种场景、分析任何需要分析的数据等。

数字孪生是物理世界的模型，是由数据创建的，而计算机视觉和人工智能将数据处理成现实的表现形式，甚至与CAD模型等聚集在一起，促使数字孪生同步了自然世界和数字环境之间的数据，允许用户在虚拟环境中采取行动和做出决定，而这些行动和决定可以在现实世界中迅速表现出来。

简单来说，数字孪生是以逼真的模拟效果来呈现真实场景的状态，是物理世界和虚拟世界的相互碰撞。正如Gartner所说的：“数字孪生是物理事物或系统的动态软件模型。”

数字孪生的作用

以自行车为例，数字孪生变得让人看得见。在2015年的LiveWorx上，工业物联网领导者之一PTC的活动，该公司的执行副总裁 CAD Michael M. Campbell用简单的语言解释了整个想法，使用PTC用一辆自行车构建的设置。

简而言之：在数字孪生的例子中，自行车展示了几种正在工作的技术。首先，自行车配备了必要的技术和连接，使其成为我们现在所说的“智能”。由此产生的信息被利用在一个仪表盘上，当然在这个例子中是PTC的ThingWorx，然后进入数字孪生。最后一步是在增强现实环境中利用信息。

这样做的好处包括：可以了解产品在现实世界中的使用方式及其性能，从而实现诸如产品优化、对新产品或版本的潜在洞察、改进的(如果可行的话)预测服务能力等目标。

换句话说：在数字世界和物理世界的交叉中，将数据转化为智能。

另一方面，Parris又将数字孪生称为“推动商业成果的活体模型”。这比物理资产的数字虚拟副本要好得多，其更接近于本质，当我们在使用数字孪生时想要实现的目标，需要一个理由、一个商业案例和一个维护、优化、成本节约的目的或者其他的等等。

虽然看起来有点未来主义，但这是一个与自行车示例完全不同的演示。它展示了人-其他设备-能够基于数据混合采取行动，从边缘数据(实际上是物联网和边缘计算)和运营数据到历史数据。Parris称之为“看、想、做”。

总而言之，数字孪生改变了制造流程，并提供降低成本、监控资产、优化维护、减少停机时间和创建互联产品的新方法。

物联网为数字孪生提供支持

时至今日，物联网发展越来越迅猛，并在全球范围内掀起了一波新的技术浪潮，而数字孪生(技术)也开始引起了人们的关注。

从上述例子，我们可以发现引擎或任何其他物理资产帮助我们制作了数字孪生，因为它提供了使数字孪生成为真正的孪生所需的数据。而数字孪生使用来自物联网连接传感器的数据，然后来记录对象或过程在其生命周期中发生的事情，允许虚拟地测量特定功能，实时深入分析数据、工作流程和人类行为，提供对实物资产健康状况及其性能的洞察，从而极大地帮助决策过程。

对此，我们不难发现使数字孪生成为可能的因素之一就是物联网传感器的扩展，而物联网成为了数字孪生技术不可分割的基石，它驱动着数字孪生的发展。

当前，在现实生活中，数字孪生主要用于工业互联网或工业物联网，包括工程和制造。所以，当我们在讨论数字孪生的投资或者解决方案时，通常会遇到在工业互联网领域的企业，如通用电气、PTC、西门子、CSC、SAP……目前看来，数字孪生使用加速的原因，主要是由于物联网以及推动物联网和数字孪生的技术成本的降低。

的确，技术成本的下降加速了物联网的发展，从而加速了数字孪生技术的发展。未来几年，在更智能的产品环境中，同样不断降低的成本和商业案例肯定会扩展到越来越多的产品。

数字孪生的未来

曾有分析师指出，在2018年和2019年里，数字孪生技术是一个热门话题；而2020-2021年是数字孪生在关键业务应用中被利用的主要年份。

Gartner认为，直到2020年数字孪生才能在物联网项目环境中的主要地位。该公司预计，到2021年，一半的大型工业公司将使用数字孪生。

尤其是在工业领域上，伴随着工业数字化、智能化应用的进一步落地与推进，工业制造将会成为数字孪生的主要战场，数字孪生工具可能会融合更简单、不那么复杂的技术，在工业领域上发挥无限的潜力，给企业提供更多的优势――显而易见的效率提升和成本下降等等，推动工业互联网脱“虚”向“实”。

因此，未来我们将会看到孪生体扩展到更多的应用、用例和行业上面，并与更多的技术相结合，如语音功能、增强现实的沉浸式体验、人工智能功能等更多的技术，促使我们能够查看数字孪生的内部，而无需去检查“真实”的东西等等。