数字孪生技术是如何快速崛起的

（文章来源：雷锋网）

Gartner十大被期待的技术之一，工业互联网皇冠上的明珠，数十亿市场规模，由工业场景迈向城市，GE、西门子、微软、阿里巴巴重点布局——这就是数字孪生（Digital Twin）的基本面。2019年以来有两次A股热炒的概念，一是边缘计算，另一个就是数字孪生，多支相关股票出现涨停。尤其是当波音737MAX8型飞机出现严重坠毁事故以及法国巴黎圣母院被焚毁，围绕数字孪生技术的讨论更是掀起高潮。

从资本投入力度上看，中国智慧城市技术相关投资达到 208 亿美元（仅次于美国）。而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：带动相关产业的技术研发投入，促进地方政府加大对智慧城市的建设投资。目前来看，大厂入局，工业场景启用，但整体赛道还略显稚嫩，各路玩家仍处在探索自己技术和商业法则的建立阶段，远远没到到实力PK的竞争期。

毕竟，这一概念被引进国内才几年时间，距离广泛应用还比较早期，智慧城市主赛道是城市大脑及各种城市级应用，包括数字政府。数字孪生将会是一块有着巨大利益点的蛋糕，非常之诱人。数字孪生这一概念诞生在美国，时间在2002年，提出者是密歇根大学教授Dr. Michael Grieves。

他在一篇文章中首次提到“Digital Twin”，并认为通过物理设备的数据，可以在虚拟（信息）空间构建一个可以表征该物理设备的虚拟实体和子系统，并且这种联系不是单向和静态的，而是在整个产品的生命周期中都联系在一起。而将这种理念付诸实践的则是NASA，比如为其阿波罗计划开发了两种相同的太空飞行器，以反映地球上太空的状况，进行训练和飞行准备。

洛克希德·马丁公司视数字孪生为未来国防工业6大顶尖技术之首，美国GE（通用）公司已为每个引擎、每个涡轮、每台核磁共振创造了一个数字孪生体，通过这些拟真的数字化模型，在虚拟空间调试、实验，以让机器的运行效果达到最佳。此前，Gartner发布了2019年十大战略性技术趋势，这些趋势并非概念技术，而是已经有了决定性的突破，将发展成更广泛的应用，其高度波动性在未来五年内达到临界点。

这些趋势中包括人工智能、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，同时这些技术之间的联系越来越紧密。Gartner Fellow兼副总裁David Cearley认为，无处不在的智能设备提供各种基于大数据的贴心服务，将是科技的未来。Gartner称之为Intelligent Digital Mesh。何为数字孪生？ 以虚控实的仿真过程对于工业互联网行业的人士来说，数字孪生一词已经是老生常谈。

根据国际统一的定义，数字孪生是充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。理解下来，数字孪生是一种超越现实的概念，可以被视为一个或多个重要的、彼此依赖的装备系统的数字映射系统。

工业互联网是绝对的第一大场景，比如机器安装、产线安装，建立一个生产环境的虚拟版本，整个环境都是要用数字化的方式来描述。这迎合的是工业互联网的产业数字化大背景。在该技术之下，工程师不仅能看到产品外部变化，更使内部零件动态的观察成为可能。例如，通过数字3D模型，我们可以看到汽车在运行过程中发动机内部的每一个零部件、线路、各种接头的每一次变化，从而可以对产品进行预防性维护。

目前主流的西门子、GE、施耐德等厂商早已在使用这套技术来优化工业流程。一直以来，有个“工业领域 1%的革命”说法：生产效率提升1%，成本减少300亿。这可以通过GE公司的 245000美元的故事说起。

在GE的工厂里，发电厂的汽轮机推力轴承改变了位置，使汽轮机的轴向位移从-0.29 mm变为-0.445mm。这个移动量等于单个睫毛的宽度，并且仍在安全的操作参数范围内。但是，汽轮机要承受极端的温度、压力和作用力，即使微小的变化也可能造成巨大的损失。

但是在没有干预的情况下，止推轴承将继续移动，轴向位移继续移动。等到工厂控制中心响起警报并发现偏差时，损坏已经造成：涡轮机必须脱机、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是 245000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。位于巴黎的GE 数字工业管理服务中心的工程师使用汽轮机的“数字孪生系统”观察到了偏差，并进行了提前预测，确保巨大损失无从发生。

截至2018年，GE已经拥有120万个数字孪生体，可以处理300000种不同类型的设备资产。此外，据Gartner称：“到2021年，一半的大型工业公司将使用数字孪生，从而使这些组织的有效性提高10%。”细想，这将是巨大的开支节省，也相当于是变相盈利了。在国内，树根互联、研华科技、软通动力等均在布局。
（责任编辑：fqj）