德国专家呼吁打造“德国版数字孪生体”形象

导读：本文为德国卡尔斯鲁厄理工学院Jivka Ovtcharova和Michael Grethler撰写，主要阐释德国应把握数字孪生体时代的机遇，打造“德国版数字孪生体”形象（German Digital Twin Engineering as a Trademark）。工业4.0研究院翻译全文，以便行业人士参考。

我们生活在一个激动人心的时代。数字化正在从根本上改变我们生活和工作的世界。科技让世界更远，更快，更高，但它要将我们引向何方？我们将面临哪些挑战，应该如何应对？了解历史是帮助我们塑造未来的关键。

开启太空探索的先驱时代始于60年前。当时，美国国家航空航天局正在努力应对这样一个挑战——设计出超越人类视野的飞行器。这样的物体可以飞得很远很远，以至于人类无法直接看到、监测或修正它们。

故此，美国宇航局发明了实体系统的“数字孪生体”（Digital Twin）——它是一个综合的数字替身，可以用于操作、模拟和分析由实体牵引的底层系统。

“数字孪生体”的概念现在正被广泛采用。它正在迅速成为虚拟化物理世界的首选技术。尽管数字技术的功能多样且强大，但发明“数字孪生体”技术的初衷并没有改变：让人们研究问题更容易、了解问题更直接、理解问题更到位，以更务实和迅速的方式推进工作。

尤其是物联网技术，他正演变成“数字孪生体的互联网”——它加强了所有工作的“前端”，使它更有活力、学习速度更快，而且具有高度交互性。

数字孪生体给我们提供了绝佳的机会去调查不可预见的意外，并从中发现其最佳解决方案——正如格言所说，“改变世界的不是技术，而是人们使用的它的方式。”

然而，数字孪生体到底是什么？

从根本上说，它是一种虚拟表示形式，是任何类型资产的化身，无论是有形资产还是无形资产——例如涡轮机的数字孪生体，是包括从其物理实体到其服务及维护的所有事物的虚拟体现。

数字孪生体通过生成实时数据来描述连接物的结构和行为。这些数据通常在云端进行分析，并且与周围环境相关的其他数据结合在一起；然后以不同的视角和多种角色呈现给用户，以便于用户远程了解其状态、历史记录、需求等，并且可以与数字孪生体交互着完成工作。

考虑到所有相关资源和流程与外部系统的接口以及验证环境，确保高层次的连接性是关键。例如，使用数字孪生体，可以实时验证生产系统的操作概念、手动和自动的操作，以及通过用直观的人机界面（如Web界面、触觉交互设备）进行配置。这使得决策者更容易基于最新的、透明的信息作决策。

因此，通过将真实环境和虚拟环境相结合，生产过程的智能调试可以生成基于车间实时数据的预测。那么，它是如何运作的呢？德国卡尔斯鲁厄理工学院信息管理工程研究所旗下工业4.0协作实验室，他们提供的一个交钥匙解决方案就是很好的例子。这个铣床的数字孪生体用例，用于虚拟现实中的工艺优化和联网，在考虑了资源流的同时将生产率提高20%以上，充分展示了数字孪生体解决方案的实际优势。

能贯穿资产的整个生命周期，并且更易于获得对该资产独特而深入的知识，这类系统将为实现流程优化新水平和业务转型铺平道路。例如，我们让实体建筑物通过传感器将数据反馈到数字孪生体，这样，其数字孪生体包含了我们检视这个实体建筑物本身时拥有的所有状态信息了。

根据德国信息技术、电信和新媒体协会（BITKOM）的数据，到2025年，制造业的数字孪生体将拥有合计超过780亿欧元的经济潜力。然而，只有以一种全面和自我优化的方式实现数字孪生体，使它们能够适应未来的变化，才能实现这种潜力。

目前的研究表明，数字孪生体尚未实现成熟和广泛的实施。

以下三个主要的薄弱环节有待讨论：

• 数字孪生体的模型语义主要是由几何学驱动的；
• 其分析是一致的，但没有嵌入到模型中；
• 模拟和用户交互处于脱机状态。

为了克服当前的限制，必须满足以下三个条件：

• 模型语义必须是使用驱动和自适应的；
• 分析应该是嵌入式的，并且在运行时工作；
• 实施应结合实验和经验。

要实现数字孪生体，需要我们把真正的问题放在业务部门的沙盘里，达到思考、尝试和创造的“一体化”，有趣而快速地应用新兴的数字技术，在运行时测试新的解决方案，以快速获得经验，并将知识转化为行动和技能。变革如今正当时！

我们诚邀您加入我们的行列，共同打造“德国版数字孪生体”形象。