原文作者：Livio Mariano

Altair 全球仿真數據與數字孿生系統開發總監

數字孿生（物理機器或流程的虛擬代表）正在徹底改變工業物聯網和流程監控。這項新興技術可實現實時模擬，提高效率、可持續性并降低成本。航空航天和汽車等行業已經從這些創新系統中獲益匪淺

數字孿生是數字模擬器的演變，因此，它的概念是實體的數字模型，無論是物理的還是虛擬的，簡單的還是復雜的，以及系統的系統。數字孿生超越了模擬的范疇，因為它可以與真實系統并行、實時運行，成為一個真實的數字參考，不斷接收真實系統接收的相同數據，并不斷通過系統本身產生的輸出進行驗證。

這種新興技術，注定會改變許多工業領域的格局，是實現數字化轉型的重要因素。

點擊圖片↑

了解 Altair 數字孿生線上直播會議詳情

萊昂納多公司（Leonardo）的直升機是數字孿生系統應用的典范。通過傳感器、超級計算、云和帶寬的融合，虛擬平臺可以對真實平臺所需的性能和安全標準進行持續監控和驗證。這種方法可以復制，用于研究任何系統在不同運行條件下的行為：無論是飛機、衛星、基礎設施還是整個工業廠房。

機器-數字連續體

在真實的直升機和它的完美復制品——數字孿生體之間建立了一個機器-數字連續體，數字孿生體模擬直升機的行為、改裝、故障以及與真實環境的互動。運行中的直升機記錄了多達 3,000 種不同的飛行參數，而萊昂納多的數字基礎架構系統（其引擎是 davinci-1 HPC）則使這種互聯成為可能。

所處理的數據是一座信息寶庫，可在各個階段擴展直升機的潛力和能力，在節省設計和測試時間、生產成本和環境影響方面具有明顯的優勢。此外，新的可能性還擴展到飛行員和維護人員的培訓，通過模擬飛行任務的每一個細節，直到通過模擬認證，一架直升機甚至在制造出任何部件之前就能通過認證。

數字孿生如何改變智能工廠的面貌？

Gartner 已將數字孿生列為未來十年推動技術創新的五大新興趨勢之一。事實上，數字孿生使智能工廠能夠開發新的商業機會，它已經成為工業 4.0 的關鍵要素之一，并將在向日益智能化、可持續發展和彈性工廠模式（典型的工業 5.0，以人為本）過渡的過程中發揮戰略性作用。

什么是數字孿生？

根據 Ambrosetti 的研究，數字孿生是 “復雜物體或系統的交互式數字副本，可以對其行為進行分析、模擬和預測”。因此，“數字孿生 ”是物理系統的互聯虛擬復制品，借助人工智能（AI）和機器學習（ML）算法，數字對象與傳感器獲取的真實數據之間的持續交換使實時復制其行為和優化其運行成為可能。

數字孿生技術得益于四種技術的融合應用：物聯網、人工智能、大數據和高性能計算（HPC）。這些技術與超高速連接和用戶體驗設計（UX Design）系統相結合，使最終用戶能夠輕松使用。

數字孿生的增長

Straits Research 的研究顯示，全球數字孿生市場正在穩步增長：從 2022 年的 97 億美元，預計到 2031 年將達到 1850 億美元，2023-2031 年的復合年增長率為 38.8%。市場份額最高的是汽車和運輸領域，但數字孿生也應用于許多其他領域，從能源到航空航天，從基礎設施到智能城市和零售。

在意大利，與當前情況相比，在制造業中系統地使用數字孿生將使生產率提高 4.5%，為國內生產總值貢獻 120 億歐元（+0.7%）。此外，根據 Atos Italia 開展的 “數字孿生促進轉型 ”研究，能源賬單成本將減少 16% 至 33%，產品上市時間將縮短 35%，溫室氣體排放量將減少 3040 萬噸二氧化碳。

數字孿生為智能工廠帶來的好處

數字孿生技術徹底改變了物理資產的整個生命周期，從設計到生產，從運行壽命到維護和報廢。它可以降低開發成本，提高產品可靠性，為客戶提供支持，預測異常行為，降低風險和低效率，并增強公司的競爭力。

航空航天與國防領域和數字孿生公司

凱捷研究院（Capgemini Research Institute）最新發布的一份題為 “鏡像現實：航空航天與國防領域的數字孿生”（Mirroring Reality: Digital Twins in Aerospace and Defence）的報告顯示，在上一財年，航空航天與國防領域的企業對數字孿生的投資增長了40%，占其營業額的2.7%。之所以取得這樣的成果，是因為人們對這項技術的能力越來越有信心，相信它不僅能在產品設計階段帶來效益，還能在從制造到日常運營的整個價值鏈中帶來效益。三分之二的受訪企業還提到了數字孿生技術在實現可持續發展目標方面的優勢。

該報告強調了一個日益增長的趨勢，即研發機構正在轉向數字孿生技術，以在其數字化轉型之路上取得進展，實現數字化連續性并使其運營智能化。凱捷研究院此前曾對所有主要行業對數字孿生的興趣進行過研究分析，在此基礎上，研究發現73%的A&D企業目前已為此類技術制定了長期路線圖，而一年前這一比例僅為57%。

數字孿生的驅動因素和優勢

研究顯示，投資數字孿生的主要驅動因素包括技術進步（78%）、降低成本（71%）、縮短上市時間（70%）、提高銷售額（63%）和為員工創建先進的培訓系統（68%）。

航空業歷來是碳密集度極高的行業，僅在 2018 年就產生了超過 10 億噸的二氧化碳。許多公司正在意識到數字孿生在減少碳足跡方面可以發揮的關鍵作用，每三家企業中就有兩家（67%）表示，提高對可持續發展方面的關注是其投資數字孿生的主要驅動力，而2022年這一比例僅為60%。

繼汽車行業不斷努力之后，航空領域的公司也將氫燃料和電動電池作為推動脫碳的手段。然而，對于這兩種方案，工程師需要在開發的早期階段對一系列方案進行評估。

研究表明，75% 的航空和研發機構表示，數字孿生可以在產品開發和運營的早期階段立即增加價值，因為該技術可以讓工程師批準設計過程的幾乎每個階段，減少原型設計和測試的時間和成本。此外，數字孿生還能提高現有發動機的效率，從而大幅減少碳排放。

效率和數據管理

近一半（47%）的受訪企業認為，在設計階段實施數字孿生技術將在短期內帶來效益，39%的受訪企業認為這項技術還將優化供應鏈，33%的受訪企業認為這項技術將為生產工程提供支持。

供應鏈問題已經影響到所有行業，包括航空與國防。開發虛擬網絡環境，對產品在供應鏈中的性能和流動進行建模、模擬、監控和分析，可為應對未來中斷和優化當前運營帶來諸多好處。此外，報告還發現，五分之四（81%）的受訪者認為數字孿生可提高系統和設備的可用性和可靠性，同時 73% 的受訪者認為數字孿生可優化生產速度。

報告強調，智能數字基礎設施和良好的數據管理對于充分挖掘數字孿生的潛力至關重要，78% 的原始設備制造商（OEM）和一級供應商同意這一觀點，他們已經啟動了數字孿生計劃。然而，近 60% 的組織仍將缺乏統一的數據平臺作為實施該技術的挑戰之一。

航空航天公司開始認識到，數字孿生的價值遠不止為產品和解決方案創建三維模型這么簡單。數字孿生的真正潛力在于能夠精確模擬從設計到制造再到實際操作和應用的每一個創造過程階段。許多組織目前使用的三維模型只是靜態圖像，而功能完備的數字孿生的實現就像一部實時的、不斷發展的電影。

數字孿生和人工智能：未來會怎樣？

由于人工智能和機器學習的發展，數字孿生已經從模擬器發展成為一個混合系統，能夠預測指標的行為，并以更少的時間和費用復制復雜的環境，如整個車間。

從工業 5.0 的角度來看，通過便攜式設備和傳感器收集數據也將成為可能，從而為工人提供更好、更安全的環境。數字孿生技術的采用將能更有效地利用資源，減少浪費，量化生產對環境的影響，幫助企業變得更加可持續和智能。

相關閱讀：

1. 《Altair 全球調查發布：數字孿生技術對銀行、金融服務和保險業的影響日益增長》

2. 《如何利用數字孿生技術做出完美的意式濃縮咖啡？》

3. 《數字孿生技術如何成為美洲杯帆船賽成功的關鍵》

4. 《成功案例丨Altair助力 Assystem 創建可持續能源的數字孿生，實現即時洞察》

關于 Altair 澳汰爾

Altair（納斯達克股票代碼：ALTR）是計算智能領域的全球領導者之一，在仿真、高性能計算 (HPC) 和人工智能等領域提供軟件和云解決方案。Altair 能使跨越廣泛行業的企業們在連接的世界中更高效地競爭，并創造更可持續的未來。

公司總部位于美國密歇根州，服務于16000多家全球企業，應用行業包括汽車、消費電子、航空航天、能源、機車車輛、造船、國防軍工、金融、零售等。

欲了解更多信息，歡迎訪問：

www.altair.com.cn