執行概述
與ARC對話的大多數行業部門都表示，數字雙胞胎將用於模擬、預測行為，並優化過程工業和離散製造業的產品、現場資產、基礎設施、工廠和生產係統，從而認識到這一概念的重要性。ARC認為，也正是由於技術和實施選項的日益成熟，相當一部分公司和組織正計劃使用某種形式的數字雙胞胎來改進和優化產品、流程和資產。
與此同時，ARC谘詢集團發現，許多用戶、提供商和分析師對數字雙胞胎的看法往往部分不一致、不完整，有時過於詳細。因此，關於數字雙胞胎的應用或實現的討論往往偏離了討論數字雙胞胎到底是什麼，而不是關注如何應用數字雙胞胎來實現業務目標。ARC還指出，許多用戶在如何實現數字雙胞胎方麵麵臨挑戰。
為了克服這些挑戰，本報告討論了數字雙胞胎的定義，並提出了一個與大多數其他定義兼容的簡單、可操作的定義，同時從擴展和應用中劃分了數字雙胞胎是什麼。本報告進一步嚐試通過檢查關鍵技術、應用和成熟度測量，為以目標為中心的數字雙胞胎工作奠定基礎。其中包括數字孿生範圍、生態係統、虛擬仿真、數據建模和架構、用例和實現以及成熟度模型。這張數字雙胞胎景觀“地圖”有助於定位利益相關者，支持數字雙胞胎戰略和實施，並揭示不同數字雙胞胎相關活動的協同增發機會。
在製造業、流程工業和基礎設施領域，數字雙胞胎可用於管理與設計工程、測試和驗證、調試、施工和運營相關的信息。貫穿設計、構建、操作和維護生命周期的信息由一個數字線程連接起來，最終實現了數字孿生體。除了在設計和構建階段，根據定義，數字雙胞胎在整個產品/流程生命周期中與物理雙胞胎保持同步。
信息需要上下文來解釋、理解和操作。業界一致認為，以標準化方式組織信息的信息模型極大地有助於理解和交流信息。公司內部的交流可以基於公司特定的數據模型，在一個由設備和服務提供商、工程和建築公司、集成商和業主運營商組成的生態係統中，一個更廣泛使用的、理想的通用標準會更有效。數字雙胞胎的基礎是信息模型。模型越標準化，各方就越容易在構建、操作和維護數字雙胞胎方麵進行合作。
各種應用程序可以構建在信息層上，共享這些數據和信息。這些信息可以用來建立行為模型[1]，為數字雙胞胎增加了模擬和預測功能。應用實例包括設計和工程、3D建模、操作員培訓、操作和維護場景規劃、公用事業規劃、模型預測控製、資產性能管理等。
成功的實現可以從小型的臨時應用程序到戰略性的、全公司範圍的長期戰略。組織必須根據成本、收益、時間表、目標、能力和資源仔細確定他們的戰略。在為製造、流程或基礎設施實施數字雙胞胎時，為了實現有意義的收益，組織必須進行整體思考。工程細節和複雜的設計和操作模型，連通性和同步是主要的成就，但不應分散對目標的關注，並確保從應用程序中獲取價值，以及它們潛在的協同作用，如優化煉油廠的流程和資產。這樣做將釋放數字雙胞胎作為幫助商業決策和開發新商業模式的工具的價值。從根本上改變商業模式也需要改變分析模型。如果數字雙胞胎能夠提供這些分析結果，那麼這些分析結果將是可靠和準確的。
近年來出現了多種技術，有助於推動離散行業的智能製造和過程行業的先進資產管理的發展。這些技術包括高級分析、人工智能(AI)和機器學習(ML)、運營和性能優化、網絡物理係統、工業物聯網和數字雙胞胎。這些技術中的每一種都在改變當今許多行業的麵貌，它們的組合可能會對公司業績產生更大的影響。
定義數字雙胞胎
這份報告的一個動機是澄清數字雙胞胎的定義，並減少目前使用的許多(有時是不一致的)定義所引起的混亂。許多人承認，第一個定義是由邁克爾·格裏夫斯和約翰·維克斯在2001年的一次演講中提出的，這兩位作者在2016年對其進行了報道。範德霍恩和馬哈德萬在2021年的一篇研究文章中，確定了數字雙胞胎的46個定義，並對它們進行了分析。他們發現了這些定義之間的共同點，並製定了“數字雙胞胎的統一和廣義定義[…]:物理係統及其相關環境和過程的虛擬表示，通過物理係統和虛擬係統之間的信息交換進行更新。這就增加了環境Grieves和Vickers的原始定義，這是有道理的，因為係統與環境相互作用。
這個定義簡單而全麵。它的優點是與許多定義保持一致，包括ARC的定義和數字孿生聯盟定義的關鍵元素，其中增加了“在指定的頻率和保真度上同步”。該定義包括物理雙胞胎和虛擬雙胞胎之間的閉環:通過驅動，物理雙胞胎的狀態被修改。它的變化狀態可以被測量(物理的)或推斷(物理的和虛擬的)，解釋和分析，導致一個決策(虛擬的)，可以作為驅動傳遞給物理係統，等等[２]．接受我們推薦的這個定義，數字雙胞胎和它的應用程序之間的區別就變得清晰起來，即使應用程序是數字雙胞胎的一個擴展，似乎是數字雙胞胎不可分割的一部分。在(下麵)關於關閉虛擬係統和物理係統之間的循環的部分中，我們提供了幾個示例。
目錄
- 執行概述
- 定義數字雙胞胎
- 數字雙胞胎的維度
- 實施數碼雙胞胎
- 用例
- 結論和建議
- 參考文獻
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