Deloitte.universitypressDeloitte.universitypress德勤咨詢有限公司的供應鏈與制造運營業務組助力企業了解并把握機遇，運用工業德勤咨詢有限公司的供應鏈與制造運營業務組助力企業了解并把握機遇，運用工業4.0技術，建立數字化供應網絡，進而實現企業戰略目標。我們擁有增材制造、物聯網和數據分析方面的精深洞見，能夠協助企業重新評估人才、流程和技術，以適應先進制造實踐日1 |2|3|6|9|||2 字化解決方案的確能夠為企業帶來巨 大價值，達到互聯智能技術出現前無 法企及的水平。數字孿生是近期的熱門概念：物理實體或流程的準實時數字化鏡像，直至今日，由于數字技術能力有限，且計算、存儲和寬帶成本過于高昂，數字孿生及其海量數據處理對于多數企業來說仍是一個難以掌控的領域。但近年來，這些不利因素已大大減少。1成本的大幅降低和能力的顯著提升引發了巨大變化。企業領導人得以綜合信息技術和運營技術，創建和利數字孿生為何如此重要？企業為何應當考慮采用該技術？利用數字孿生，企業能夠自設計和開發階段起，以數字化的形式完整記錄整個產品生命周期。企業因此不僅可以了解產品設計，還能了解產品的生產系統和實際應用情況。創建數字孿生有助于企業加快新品上市速度，優化運營，改數字孿生能夠讓企業更加快捷地檢測和解決實際問題，提高預測精準度，設計和生產出更加優質的產品，并最終更好地服務客戶。有了這種智能架構設計，企業能夠以更快的速度不斷創造價值所有領域。創建數字孿生的關鍵在于先從某一領域入手，在該領域創造價值后再繼續推廣到其他領域。但在此之前，企業首先應當了解數字孿生的定義和創建方式，以免在創建數字孿生的過程中不知所措。我們將在下文對數字孿生進行探討，包括其定義、創建方式、如何驅動價值創造、典型的實際應用以及企業如何為數字孿生規劃做好3 字孿生在業界和學術界有多種不同的 定義。但業界和學術界均未對數字孿 認為，數字孿生是一件成品的綜合模型，可反映產品的所有生產缺陷；同時該模型還將隨著產品的使用持續更新，反映產品的消耗磨損情況。3其他一些廣泛采用的定義認為，數字孿生是基于傳感器所建立的某一物理實體的數字化模型，可模擬現實世界中的具體事物。4從根本上講，數字孿生是以數字化的形式對某一物理實體過去和目前的行為或流程進行動態呈現，有助于提升企業績效。數字孿生以針對眾多層面持續、實時開展的大量物理世界數據檢測為基礎。該等檢測可通過數字化的形式對某一物理實體或流程進行動態呈現，從而有效反映系統運行情況。企業可根據所獲得的信息采取實際行動，例如調數字孿生不同于傳統的計算機輔助設計（CAD也并非另一種以傳感器為基礎的物聯網解決方案。5數字孿生的功能遠高于這兩者。計算機輔助設計完全局限于計算機模擬的環境中，在復雜環境建模方面取得了一定成效；6物聯網系統的功能比數字孿生簡單，可用于位置檢測和整個組件的診斷，但無法對不同組件間的相互作用和整個生命周期過程進行檢測。7數字孿生的真正功能在于能夠在物理世界和數字世界之間全面建立準實時聯系，這也是該技術的價值所在。基于產品或流程現實情況與虛擬情況之間的交互，數字孿生能夠創造更加豐富的模型，從而對不可預測的情況進行更加真實和全面的檢測。隨著計算能力的提升和成本的降低，如今我們可采用大量的處理架構和先進的算法分析該等交互式檢測結果，進而獲得實時預測反饋，并開展離線分析。數字孿生的上述功能將引發設計和流程的根本性變革，這是目前的方法幾乎無法實現的。數字孿生主要用于復雜資產或流程建模。復雜資產或流程會與周圍的環境發生不同形式的交互作用，因此很難在整個產品生命周期內開展結果預以實現不同目的。例如，數字孿生有時會用于模擬噴氣式發動機和大型礦用卡車等復雜部署資產，以監測和評估資產使用過程中的磨損和壓力承受情況。該類數字孿生應用所產生的重要信息將影響未來的資產設計。風電場可通過數字孿生了解運營效率低下的原因。除此之外還存在大量其他數字化的形式對某一物理將數字孿生應用于部署資產能夠提供深刻洞見，而將數字孿生應用于生產流程則能夠產生功能強程的模型，及其在數字世界中的數字化鏡像。數字孿生是對工廠環境中實際情況的準實時虛擬復制。實際生產流程中部署了數以千計的傳感器，共同收集各個不同層面的數據，包括生產機械的行為特征、半成品（厚度、顏色質地、硬度、轉矩、速度等）以及工廠內部的環境狀況等。該等數據不斷傳輸至數字孿生應用程序，并由該程序4數據孿生應用程序持續分析所輸入的數據流。一段時間過后，該等數據分析可通過與一系列正常運行情況的對比，識別實際生產流程在哪些層面存在異常情況。企業可根據此類對比分析結果展這就是圖1力圖呈現的物理世界與數字世界的交互作用。這一過程體現了數字孿生所具備的巨大潛力：數以千計的傳感器持續開展重要檢測，并向數字化平臺傳輸數據。數字化平臺進而開展準實時分析，通過比較透明的形式優化運營流程。感器和促動器、集成、數據和分析，以及持續更新的數字孿生應用程序。以下是對圖1這些構成數字孿生可通過信號獲取實際流程相關的運營和將數字孿生應用于部署資數字孿生應用于生產流程則能夠產生功能強大的應在聚合后與企業數據合并，企業數據包括物料清單10、企業系統和設計規范等。其他類型的數據還包括工程圖紙、外部數據源連接以及客信接口和安全）達成物理世界與數字世界之間的數據傳輸。孿生本身。該應用程序綜合以上所有要素，建立物理實體和流程的準實時數字化模型。數字孿生旨在識別不同層面偏離理想狀態的異常情還是分析結果顯示應削減成本、提升質量、提孿生將在人工干預的情況下通過促動器展開實際行動，推進實際流程的開展。11實際流程（或物理實體）及其數字虛擬鏡像明顯比簡單的模型或結構要復雜得多。當然，圖1型只是一個數字孿生結構，重點呈現產品生命周期的生產環節。12我們的模型旨在呈現物理世界和數字世界之間的映射所具備的集成、全面和交互特征。這一架構可幫助企業了解并著手創建數字孿生。5集成促動器行動聚合數據分析集成促動器行動聚合數據分析創建6但是，如何創建數字孿生呢？總體上，數字但1.設計數字孿生的流程和產品生命周期的信息要求——從資產的設計到資產在真實世界中的現場2.創建使能技術，整合真實資產及其數字孿生，使傳感器數據與企業核心系統中的運營和交易信創建數字孿生，首先要進行流程設計。數字孿生建模是什么流程和集成點？應使用標準的流程設計技術來展示業務流程、流程管理人員、業務應用程序、信息以及物理資產之間如何進行交互。創建相關圖表，連接生產流程與應用程序、數據需求以及創建數字孿生所需的傳感器信息類型。流程設計將通過多種特性獲得增強，提升成本、時間或資產效益。這些均構成數字孿生的基礎假數字孿生概念體系架構（圖2）可視為圖1制造流程數字孿生模型組成部分的擴展視圖或內部視圖，相同的基本原則也可應用于任何數字孿生設置。該概念性體系架構可分為更易于理解的六大1.創建：創建步驟包括給物理過程配備大量傳感器，以檢測獲取物理過程及其環境的關鍵數據。傳感器檢測的數據大體上可分為兩理性能標準的相關操作數據，如拉伸強度、位移、力矩以及色彩均勻度2）影響物理資產運營的環境或外部數據，如周圍環境溫度、大氣壓力以及濕度。這些檢測數據利用編碼器轉換為受保護的數字訊息，并傳輸至數字孿生。傳感器的信號可利用制造執行系統、企業資源規劃系統、CAD模型以及供應鏈系統的流程導向型信息進行增強。這可為數字2.傳輸：傳輸步驟有助于實現流程和數字平臺之7息轉移至整合職能。鑒于產生洞見的傳感器依數字孿生的設置可放置于幾乎任何地安全措施包括采用防火墻、應用程序密鑰、儲存庫中，并進行處理以備用于分析。數據聚合及處理均可在現場或云端完成。驅動數據聚合及處理的技術領域在過去數年獲得了極大的具有更高的敏捷度，而成本僅及過去的一小部4.分析：在分析步驟，將數據進行分析并作可視化處理。數據科學家和分析人員可利用先進的儀表板中的可視化圖表列示，以一個或以上的維度突出顯示數字孿生模型和物理世界類比物86.行動：行動步驟是指之前幾個步驟形成行洞見反饋至物理資產和數字流程，實現數字負責移動或控制機制的促動器，或在管控供應鏈和訂單行為的后端系統中更新——這些均可數字孿生應用程序通常以企業的主系統語言編寫，通過以上步驟復制物理資產和流程。此外，在整個過程中，可應用標準和安全措施進行數據管理和可互操作的連接。大數據引擎的計算能力、分析技術的廣泛適用性、聚合領域大量且靈活的儲存可能性以及標準數據的整合，使數字孿生能夠創建比以往更為豐富、互動程度更高的環境。而這些發展將可能推動更加復雜和真實的模型開發，并具有降低軟硬件成本的潛力。需要注意的是，上述概念體系架構的設計應具備分析、處理、傳感器數量和信息等方面的靈活性和可擴展性。這樣，該架構便能在持續甚至指數級變化的市場環境中快速發展。的是優化業務績效。數字主線為數字孿生提供進行分析所需的信息類型，在很大程度上使數字孿9每家開啟數字化進程的企業而言每家開啟數字化進程的企業而言，充分證明投資數字孿生可產生收益并創造價值，變得日益迫在眉睫。這一全新方法如何推動企業轉變運營與業務模式，并創造可量化的商業價值？過去，創建數字孿生的成本高昂，且收效甚微。隨著存儲與計算成本日益走低，數字孿生的應用案例與潛在收益大幅上漲，并轉而提升商業價值。19在探析數字孿生的商業價值時，企業須重點考慮戰略績效與市場動態相關問題，包括持續提升產品績效、加快設計周期、發掘新的潛在收入來源，以及優化保修成本管理。可根據這些戰略問題，隨著存儲與計算成本日益開發相應的應用程序，借助數據孿生創造廣泛的除了上述商業價值領域以外，數字孿生還可協助制造企業構建關鍵績效指標。綜合而言，數字孿生可用于諸多應用程序，以提升商業價值，并從根本上推動企業開展業務轉型。所產生的價值可運用切實結果予以檢測，而這些結果則可追溯至 字孿生現已得到廣泛應用，那么企業應 如何著手部署呢？打造數字孿生流程時， 一項重大挑戰在于確定數字孿生模型的最優方案。過于簡單的模型無法實現數字孿生的預期價值，如果過于追求速度與廣泛的覆蓋面，則必將迷失在海量傳感器、傳感信號以及構建模型必需的各種技術之中。因此，過于簡單或過于復雜的模型都將讓企業裹足不前。圖3提供了一個設想可能性。第一步，設想并選出數字孿生可產生收益的系列方案。雖然不同企業或不同環境下，適用方案會有所不同，但通常都具備以下兩大重方案選定后，對每個方案進行評估，以確定可運用數字孿生快速獲得收效的流程。建議集中召開構思會議，由運營、業務及技術領導層成員共同推進評估過程。確定流程。接下來，確定潛在價值最高且成功概率最大的數字孿生試用模型。綜合考慮運營、商業、組織變革管理因素，以打造最佳試運行方案。與此同時，重點關注有望擴大設備、選址或技術規模的領域。企業還可能面臨的挑戰是，執著于 設想設想擴大規模擴大規模::試運行試運行工業化工業化 為某個復雜設備或生產流程深度創建數字孿生，而實際上，廣泛部署企業層面的數字孿生方可為企業帶來最大價值與支持，即應當力求廣度，而試運行項目。通過敏捷迭代周期，迅速投入試運行，以加速學習進程，有效管理風險，并實現投資收益最大化。試運行項目可以為業務部門或產品的一個子集，但需能證明其對企業的價值。推進試行項目的過程中，實施團隊應隨時隨刻強調適應性與開放式思維，打造一個未可知的開放式生態系統，該系統可順時應勢，整合新數據（結構化及非結構化），并接納新的技術與合作伙伴。雖然無須知道數據的各種來源（如新的傳感器以及外部數據源），但需制定相應解決方案，協助旦在初期實現了價值，即應考慮借助良好的發展勢頭，實現更大的收益。與此同時，應向企業高層匯報所實現的價值。實現流程工業化。試運行有所斬獲后，可立即運用現有工具、技術與腳本，將數字孿生開發與部署流程工業化。協調試運行團隊預期，并管理其他試圖采用相同模型的項目。就數字孿生流程提出洞見，并匯報至企業高層。這一過程包括對企業各種零散的實施過程進行整合，實施數據湖，提升績效與生產率，改善治理與數據標準，以及擴大數字孿生規模。成功實現工業化后，應重點把握機會擴大數字孿生規模。目標應當鎖定相近流程以及與試運行項目相關的流程。借鑒試運行經驗，并采用試運行期間使用的工具、技術以及腳本，快速擴大規模。在此期間，繼續向企業高監控與檢測。對解決方案進行監控，以客觀檢測數字孿生所創造的價值。確定循環周期內是否可產生切實收益，提升生產率、質量、利用率，降低偶發事件以及成本。反復調試數字孿生流程，更為重要的是，與傳統項目不同，數字孿生并不會在有所收效后戛然而止。要長期在市場占據獨總而言之，能否在數字孿生創建之初收獲成功，取決于是否有能力制定并推進數字孿生計劃，同時確保其持續協助企業提升價值。為了實現這一目標，企業須將數字化技術與數字孿生滲透至整個組織結構，涵蓋研發與銷售，并運用數字孿生改變企業的業務模式及決策過程，從而源源不斷地為企業開創新的收入來源。 字孿生能夠為企業帶來實際價值，創造 新的收入來源，并幫助企業解決重要戰 略問題。隨著新技術能力的發展、靈活性的提升，以及成本的降低，企業能夠以更少的資金投入在更短的時間內創建數字孿生并產生價值。數字孿生在整個產品生命周期內有多種應用形式，能夠實時解決過去無法解決的問題，創造幾年前幾乎不可想象的價值。真正的問題或許并不在于是否應該著手部署數字孿生，而在于從何開始部署，以在最短時間內獲得最大價值，以及如何在競爭中脫穎而出。首先應該怎么做？如何著手部署？要搞清楚這一點非常困難，但千里之提出新的觀點，涉及新興技術高速發展和人類行為共性等領域。我們提出深刻、嚴謹、合理的洞見，從全新視角分析變革問題，并通過科研文章、短片、現場研討會和在線課程等多種形式傳播新的理念。4.MichaelGrieves,