什么叫数字孪生？它对企业有何作用？

　　既然题主直率的问哪家公司做的不错？那我会推荐考虑下 Hightopo 数据可视化。现阶段，除了航空航天领域，数字孪生还被应用于电力、船舶、城市管理、农业、建筑、制造、石油天然气、健康医疗、环境保护等行业，如下图所示。
　　特别是在智能制造领域，数字孪生被认为是一种实现制造信息世界与物理世界交互融合的有效手段。
　　数字孪生需要依靠包括仿真、实测、数据分析在内的手段对物理实体状态进行感知、诊断和预测，进而优化物理实体，同时进化自身的数字模型。仿真技术作为创建和运行数字孪生的核心技术，是数字孪生实现数据交互与融合的基础。在此基础之上，数字孪生必需依托并集成其他新技术，与传感器共同在线以保证其保真性、实时性与闭环性。案例如下：
　　Hightopo 的汽车装配车间装配线三维动画，高还原度仿真，根据设备实际尺寸1:1缩小，可以利用鸟瞰、特写、跟踪等形式，将整条或者局部生产线的工艺流程完整展示。针对不同装配线可以设计不同的方案，定制个性化的内容，更符合企业形象。
　　Hightopo 电力三维可视化场景，满足多维度呈现变电站运维场景，实现变电站运行状态实时监测，运维设备、控制系统和信息系统的互联互通。加强变电站设备的全状态感知力与控制力，增强变电站安全生产保障能力，提高运检精益管理水平。
　　从根本上讲，数字孪生可以定义为有助于优化业务绩效的物理对象或过程的历史和当前行为的不断发展的数字资料。数字孪生模型基于跨一系列维度的大规模，累积，实时，真实世界的数据测量 。
　　地铁数字孪生管理系统，该系统首先针对地铁车站这一物理对象，以及针对安防、环控等需求来分析物理对象特征，建立三维虚拟模型，并融合设计建造阶段、运维阶段产生的所有信息，借助传感器、设备运行历史等数据构建物理实体和虚拟空间的交互关系，最终为用户提供各类服务应用。
　　智慧航天数字孪生的构建是智能化管理服务的重大颠覆性创新，所有事物都在数字世界有虚拟映像，信息可见，轨迹可循，状态可查，虚实同步，情景交融，过去可追溯，未来可预期，见微知著，令整个运行轨迹尽在掌控。
　　结合BIM
　　由于通常的监测信息三维可视化展示应用对其结构建模的要求不高，并且考虑 BIM 模型文件一般较大，不利于直接在浏览器中运行，Hightopo 的三维可视化都是经过设计师采用轻量化建模的方式所搭建的场景，模型效果主要以贴图进行呈现，结合自有引擎强大的渲染能力，保证场景在 Web 中高效流畅地加载运行并保证场景优秀的可视化效果。
　　Hightopo 搭建出一个水墨风的智慧水利山水大坝 3D 可视化场景。通过三维建模，多种角度直观展示大坝主体、厂房、船闸、升船机、发电机组、闸门泄水建筑物等重点管理对象的运行态势，实现水利管理综合运营态势一屏掌握。
　　除此之外，可采用基于点云数据来获取三维场景及周边详细地理环境信息，完善有缺失的部分模型，以提高模型的精确度。若有 BIM 模型的需求，Hightopo 提供了 BIM 模型转 HT 图元的功能，可对 BIM 文件做轻量化处理，确保其加载的流畅度。
　　当数字孪生与 GIS 的结合
　　GIS 通过叠加融合倾斜摄影数据、三维模型数据、BIM 数据等多源数据，提供了更多的地形、建筑、设施等信息。GIS 可将现实世界中对象的空间位置与相关属性有机结合起来，从而为空间决策提供技术支持，实现可视化表达。Hightopo 提供 GIS 整合等相关服务，实现对地形场景数据的三维展示，进一步助力可视化进程。
　　构建先进 2D 和 3D 可视化所需要的一切www.hightopo.com
　　数字孪生是充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应实体装备的全生命周期过程。数字孪生是一种超越现实的概念，可以被视为一个或多个重要的、彼此依赖的装备系统的数字映射系统。
　　在城市能源系统管理上，借助数字孪生技术，围绕能源系统全生命周期的数字孪生体开展规划、设计、建造、运维、更新的全生命过程管理，将能源系统全生命周期的数据集成于数字孪生体，从而实现复杂开放能源系统的定量化、精细化、科学化管理。
　　简而言之一句话，＂基于模型做预测，基于预测做决策＂。
　　应用英集全新一代智能调控技术viHeating Brain，能够代替人工反复依据天气变化调整热源侧负荷、热力站跟踪温度值、或者一次侧流量、或者是阀门开度的过程，并且给够出比人工经验更为精准、更为科学的目标值组合。
　　经测试与认证，节能量在5%左右。
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　　简单点说，数字孪生主要就是包括以下两点。对企业来说，(用得好的话)可以缩减开支，加快生产流程，提前对生产异常报警和做出反应等等。获取实时的数据，做出实时的响应。把第一点运用到合适的，可以用到的地方。
　　详细一点说就是在使用数字孪生之前，面对产品生产周期，一个数字化企业可能已经在每个产品生产阶段都在使用对应的仿真技术。比如在设计阶段，通过CAD, 三维几何模型完成产品制造信息等。通过对机，电，液，热，控等的仿真，实现需求模型，功能模型，逻辑模型等的设计。这样的仿真系统，其输入及参数的设置，通常可能是固定的。
　　而数字孪生，就是在这个已有的仿真基础上，支持实时数据的获取和处理。支持数字孪生的仿真和传统的仿真，根据我目前的了解，主要有以下区别:软件层面上，数据孪生使用的仿真能处理好实时的信息流，尽管这些实时的信息流可能很庞大，很复杂。数据孪生使用的仿真，可以借助人工智能，运筹学等知识，通过实时数据及历史数据等，对仿真模型里的参数进行调整，以得到优化过的值，从而提高效率，避免异常，辅助决策。传统的仿真，其输入数据和现实中的实时数据不一定一样。数据孪生使用的仿真，放眼整个产品生命周期。在生产阶段遇到的变故和改变，数据流会即时的返回设计阶段，通过设计阶段的数字孪生检验后，会再直接调整生产阶段的参数等，以便下一个产品会根据需求而生产出来。由于数字孪生的理念可以贯穿一个产品的各个阶段(设计，生产，运行及维护，报废等)，不同部门，不同地方的人可以在第一时间获取指定阶段的数据。这样通畅，透明以及富含信息量的交流，能辅助整个企业优化生产流程，做出决策等。
　　当然，数字孪生在可视化方面，因为对实时数据的支持，能呈现的画面也具备实时性及预测性，更引人入胜。
　　最后要考虑的应该是搭建好这样一个数字孪生系统和平台，或者说，在一个已有的数字孪生平台上开发适合本企业的数字孪生应用，多久能得到回报。
　　如果觉得以上的解释不太容易懂，欢迎移步到我的微信公众号 德国数据圈。里面有一篇数字孪生体入门级介绍: 从一颗苹果树了解数字孪生
　　数字孪生又叫数字双胞胎。它是以数字化的形式在虚拟空间中构建了与物理世界一致的高保真模型，通过与物理世界间不间断的闭环信息交互反馈与数据融合，能够模拟对象在物理世界中的行为，监控物理世界的变化，反映物理世界的运行状况，评估物理世界的状态，诊断发生的问题，预测未来趋势，乃至优化和改变物理世界。
　　数字孪生能够突破许多物理条件的限制，通过数据和模型双驱动的仿真、预测、监控、优化和控制，实现服务的持续创新、需求的即时响应和产业的升级优化。基于模型、数据和服务等各方面的优势，数字孪生正在成为提高质量、增加效率、降低成本、减少损失、保障安全、节能减排的关键技术，同时数字孪生应用场景正逐步延伸拓展到更多和更宽广的领域。
　　数字孪生（英文digital twin）是对象、流程和系统的实时而虚拟地表示，是现代科技发展中的新术语。虽然数字孪生可以代表纯粹的数字事物，但它们通常是物理和数字领域之间的桥梁。例如：数字孪生可以提供工厂运营、通信网络或通过物流系统的数字视图。
　　国际咨询公司Gartner指出：＂数字孪生的实现是一个封装的软件对象或模型，它反映了一个独特的物理对象、流程、组织、人员或其他抽象。来自多个数字孪生的数据可以聚合成一个综合视图，涵盖许多真实世界的实体(例如发电厂或城市)及其相关流程。＂
　　物理操作的虚拟＂克隆＂可以帮助企业监控操作、执行预测性维护，并为投资决策提供见解。它们还可以帮助企业模拟那些使用实物资产进行测试过于耗时或过于昂贵的场景，创建长期业务计划，识别新发明，并改进流程和确定今后的目标。
　　国际软件集成公司SL Controls表示，数字孪生包括三个主要元素：(1)历史数据。有关机器、流程和系统过去性能的数据。(2)实时数据。数字孪生接收来自设备传感器的持续更新以及来自平台和系统的输出，例如制造设备、客户服务和采购。(3)未来数据；这其中包括机器学习和工程师的输入。
　　SL Controls还表示，模拟允许工程师对物理资产进行测试和评估，但其模拟是静态的。这取决于工程师输入新参数。数字孪生可以接收来自物理资产、流程或系统的实时更新，允许工程师使用真实环境执行测试、评估和分析工作。美国IBM公司也表示，当今使用的各种数字孪生在很大程度上因其应用领域而有所不同。
　　数字孪生是客观世界中的物化事物及其发展规律被软件定义后的一种结果。丰富的工业软件内涵以及强大的软件定义效果，让数字孪生的研究在许多领域呈现出百花齐放的态势。依靠软件中的某些特定算法，人们已经开发出了某些具有一定智能水平的工业软件，如具有关联设计效果的产品设计系统；又如模仿人在纸面上作画的行为等。
　　作为一种崭新科技，数字孪生在给人们带来诸多有利因素的同时，也会存在相应的挑战。因此，要充分认识数字孪生的优势和它可能存在的问题，做到趋向有利的一面，避开有害的一面。正如中国学者周仪荣先生曾经所言：＂科技是一把双刃剑，在它给人们带来美好的同时也带来一些麻烦；因此要合理利用科技，发挥它有利的一面，限制它不利的一面。＂只有这样，才能使数字孪生得以健康发展。
　　文/韩洁(作者单位：北京理工大学物理学院)
　　什么是数字孪生？
　　我们将数字孪生定义为可用于建模、可视化、预测和提供有关属性和性能的反馈，并基于底层数字线程的产品、流程或整个系统的实时虚拟呈现。
　　数字孪生对企业有合何作用
　　数字孪生可以帮助企业降低成本、资源耗用和碳足迹，还能够支持颠覆性创新、业务灵活性、以客户为中心且更符合循环经济的商业模式。它能够缩短产品开发周期，改善制造质量和管控，并在整个生命周期内更有效地使用和回收资源。
　　数字孪生技术的巨大潜力？
　　据埃相关分析测算，从现在到2030年，数字孪生技术有望带来1.3万亿美元经济价值和7.5Gt二氧化碳减排的综合附加效益。
　　》数字孪生如何与现实世界互动
　　》成熟的技术即将迅速拓展
　　当前，数字孪生在整个行业中的平均普及率仅为8-10%。去年，全球数字孪生市场估值为54亿美元，预计未来五年复合年增长率将达到36%。预计在以下四个行业的增长将会非常显著：施工、电气与电子、包装消费品及生命科学。
　　》数字孪生的主要功能以及对企业的影响
　　》数字孪生在建筑与城市上的应用机会
　　据估计，全球建筑行业的价值约8万亿美元，占全球GDP的10%，是全球最大行业之一。但它同时也是材料和资源需求的关键来源，造成了巨大的环境压力和依赖性。
　　从可持续性角度来看，商业和住宅建筑目前使用的能源约占全球能源需求的40%，占全球用水量的25%，并占到全球温室气体排放量的大约三分之一。也因此，城市建筑在实现全球温室气体减排方面具有巨大潜力。在更广泛的智能城市框架内，使用业经验证的商用数字孪生技术可以将建筑的能耗降低30-80%。在这种情况下，实体建筑的数字孪生能将建筑与能源和交通系统连接起来。3D仿真和建模软件、实时数据和分析能够优化建筑的运营性能和整个生命周期的可持续性。
　　》数字孪生对建筑运营所带来的最大价值点：
　　降低建筑运营成本
　　改进能源管理
　　据预测，通过降低能耗、维护、规划和调试成本实现建筑运营成本的降低将达2880亿美元；
　　建筑运营中的二氧化碳排放量将在改进能源管理后降低6.9Gt。
　　案例分享-Aden埃顿 中国工厂
　　Aden埃顿为中国成都某商业中心创造了一个数字孪生。该数字孪生可监控、整合和理解数据，进而做出规划并执行检查、维护和维修活动。利用可建模和仿真建筑系行为的3D仿真预测和优化不同工作条件下的能耗。
　　项目预期收益
　　减少20%的年能耗
　　减少用水量
　　减少废弃物产生量
　　改善人员健康
　　提升安全绩效
　　可以预见的是，除了获得可观的效益以外，数字孪生还有潜力创造更具颠覆性的创新和设计，实现新的服务开发，降低监管和HSE风险，并实现跨职能协作和协同工作。这些效益不仅能提高企业竞争力，还能推动系统性进展，朝着更加可循环、碳密集度显著降低的经济体系迈进，并帮助我们实现到2030年的全球目标，这是十年交付的关键一步。
　　为了以所需的速度和规模支持这一转型，我们必须推动对技术用例和效益的更深入了解，并寻求更好地衡量作为业务案例一部分的综合业务和可持续性投资回报率。
　　埃顿希望能成为这场时代变革的引领者，在数字孪生领域，展示颠覆性创新的潜力，不断带着创新技术帮助企业实现综合效益的提高和可持续性实践上的不断开拓。