全面数字孪生 —— 数字化转型的基础

数字孪生通常被理解为物理对象或产品的虚拟表示，它可以包括设计、仿真以及其他模型，这些模型随着产品、过程或其他物理对象的不断成熟而持续演变。随着复杂性不断增加，成本不断上升，工程和生产团队的劳动力性质也在发生变化，要克服这些挑战，企业需要投入数字化，并对数字孪生的定义和能够带来的优势有一个更加全面的认知。

一个全面的数字孪生（comprehensive digital twin, CDT）应该涵盖跨领域的模型和数据，包括机械 CAD 和 CAE、软件代码、材料账单、工艺账单等等。

这种全面数字孪生具有以下特点：

• 提供产品或工艺流程的精确仿真表示，与产品及其配置的确切物理形式、功能和行为相匹配。
• 覆盖整个产品和流程生命周期，能够用于产品和生产系统的仿真、预测以及优化。
• 在产品的使用寿命内，将真实世界的运营数据连接回产品设计和生产，以不断提高质量、效率，并快速响应客户需求和市场条件。

随着功能的完善、仿真的完成、测试结果的收集和设计变更的实施，全面的数字孪生将随着产品的发展而不断进化。通过连接物联网和基于云的数据分析，全面的数字孪生还可作为产品设计、生产系统和现场产品之间闭环反馈机制的一部分，创建一个集成系统来验证、比较和优化物理资产和数字孪生资产之间的行为。

这样的机制不仅能够在短期内带来好处，还能提供长期的持续优势——数据的重复使用可以加快设计的评估和权衡分析，从而做出正确的决策；此外，全面的数字孪生能还能够帮助企业比以往更快、更有成本效益地设计、构建和优化下一代产品，减少原型、测试和生产过程中的浪费。

数字孪生未来的技术趋势

软件和系统工程（software and systems engineering，SSE）。SSE 是一种建立连接开发过程的方法，使工程师能够在不同的域之间协同设计产品。它有助于创建一个强大的设计数据、测试结果、仿真和其他产品开发的数字主线，确保数据在任何需要的时间和地点都可以被访问。随着软件在制造业的重要性日益提高，SSE 也将对管理整个产品开发生命周期的数据产生更多影响。

IT/OT 融合。IT/OT 融合可以提供更大的灵活性和可见性，使制造商能够通过工厂的实时流程监控做出快速决策。IT/OT 融合还能帮助管理者轻松评估制造活动的业务影响，并支持和鼓励规划、调度和工厂绩效之间的协作，从而实现卓越的效率。

人工智能的参与。随着越来越多的数据被生成并注入设计和生产生态系统，制造企业还需要寻求管理和分析这些数据的新方法。人工智能（AI）对于提高数据的处理速度和吞吐量，加速产品和流程的评估和创新至关重要。如今，AI 已经能够助力日常任务的自动化，让工程师有更多的时间专注于解决设计挑战。未来，它还可以开始自动执行更复杂的任务，并对今后的产品设计和优化产生更大的影响。

工业元宇宙将继续释放潜能，显示出重塑产品设计、制造和维护方式的革新能力。通过将在全面数字孪生中掌握的物理学应用于工业元宇宙，我们能够创造一个共享的沉浸式环境，在这个环境中，学习更快、更直观，设计概念更容易理解，新想法可以被快速、彻底地研究，以推动未来的创新。

这些技术和趋势是推动数字化转型的重要成员，掌握和集成这些技术将使企业在数字化之旅中取得更高的成熟度，并实现生成式设计和闭环优化等功能。随着产品开发、制造和业务流程的复杂性继续增长，拥抱数字化转型的企业将能够直面挑战，在激烈的市场竞争中脱颖而出。（文章作者：西门子数字化工业软件行业策略副总裁 Dale Tutt）