连载(38)数字孪生产业综述

文章来源:APS研究
2020-09-12

数字孪生体以云计算、大数据、物联网、人工智能和区块链等IT和DT使能 技术为支撑,与行业趋势和产业升级需求相结合,构建实体的数字镜像。通过多 种组合集成形式,按照数化、互动、先知、先觉、共智的顺序逐渐深入应用,最 终实现“服务型制造”和“数字经济”等产业发展目标。

数字孪生体与各种IT或DT使能技术结合,在复杂产品的产业链中具有广泛 的应用价值。本节聚焦于讨论如何构建全产业链的数字孪生体,同时与增材制造 技术相结合,促进传统产业向智慧化和服务型制造转型,迎接批量个性化定制时 代的到来。限于篇幅和聚焦价值,在市场营销和电子商务、供应链和物流领域, 侧重于讨论如何面向“批量”订单的挑战;在产品使用和维保领域,则侧重于讨 论如何迎接“复杂”产品高可靠性的挑战。

数字孪生体在全产业链上的应用,除研发和制造领域外(见数字孪生制造章 节),还在市场营销、供应链物流和维保服务三大领域发挥巨大作用。

1市场营销和电子商务领域

以淘宝和京东等为代表的电商平台,已经积聚了大量在线客户。以目标客户 在线访问记录推送相关的产品,还只是电子商务营销的初级阶段。如果以消费心 理学的消费者分类和评估模型为依据,建立消费者的数字孪生体,以网络行为作 为数据源不断完善消费者的精准画像,进行精准营销或者APP自动页面优化等, 将取得更好的消费者粘性和营销效果。

同时,在消费者的日常生活中,在线购物只是时间占比很低的活动。而从更 广义的时空来看,建立覆盖消费者社交群体、地理位置信息等在内的更高级别数 孪生体,就是社交电商(如微商)和位服电商(基于位置信息服务)的营销模 式。从被动搜索到主动影响,营销效果取决于数字孪生体构建的模型和范围,建 立消费者的数字孪生体将可实现完全个性化的精准营销和需求满足。

2) 供应链和物流领域

供应链管理就是使供应链运作达到最优化,以最低成本和最高效率实现从采 购开始到满足最终需求的所有过程。在传统供应链管理模式中,供应链系统复杂、 效率低、响应速度慢,存在不可预测的风险,经常因信息掌握不及时而导致决策 失误。

过去十年中,供应链运营领域发生了巨大变化。物联网技术出现后,连接无 处不在,供应链中几乎任何物品都可以实时跟踪。同时,第三方也可以为供应链 运营企业提供新形式的数字信息,例如精确的天气预报信息以及交通预警信息等。 技术的进步允许我们建立一个供应链和物流体系的数字孪生体,可以带来产业运 营模式的巨大进步。

增材制造技术也深刻影响了供应链和物流体系。例如不再需要储备传统的零 部件库存,而只需保存产品的数模。这样可在物流网络的最佳节点,通过3D 印服务中心随需制造,大大降低供应链成本和缩短交付时间。

3) 产品使用和维保领域

当工业装备意外发生故障时,导致的往往不只是更换设备的费用,而是被迫 停机。一条生产线静止不动时,可能意味着每小时成千上万的损失。对于一些关 键场合和装备,比如高温高压的化工生产线或航空发动机,甚至面临巨大的安全 风险和衍生灾害。

保持工业装备正常运行的措施是进行维护,包括预测性维修和预防性维修。 两者的区别在于:前者依靠的是传感器和预测,后者更多还是凭经验定期维护。 预测性维护可以让企业更早发现故障设备,节省停机带来的额外成本。

但要实现预测性维护需要大量历史数据的支撑,还需要建模来对这些数据进 行归纳和处理,同时依据实时采集的信息不断进行仿真和预测。

任何预测性维护的应用中,核心是传感器数据和用来训练故障检测的分类算 法。在典型故障条件下,不可能总是从现场物理设备中获取数据。让现场发生故 障会产生灾难性的后果,并致使设备损坏。而在可控情况下故意制造故障,同样 会带来昂贵的后果,甚至难以实现。

解决这一难题的方法就是创建设备的数字孪生体。以航空发动机为例,GE 和RR等行业头部企业均已将数字孪生体技术应用于航空发动机的预测性维修保 障服务。他们甚至改变了营销模式,从销售发动机产品,到销售“运行时间”。

增材制造技术为可预测性维护提供了更多产品制造过程的参数数据,使得产 品模型更为全面,预测更为准确。对于某些特定场合,例如远洋舰队的运维保障, 甚至可以将增材制造设备安装到舰艇上,现场打印损坏的零件,从而降低对备品 备件的要求。


总之,对消费者的个性化产品需求、独特采购模式以及使用习惯进行精准判 断之后,增材思维下的数字孪生产业将提供完美支撑。首先创成式设计使消费者 可以互动参与到产品设计中,通过VR和AR等技术即时看到设计效果并提出修 改期望,直至得到独一无二的定制化产品;其次可以在消费者希望的就近地点、 适宜时间进行制造;再次,可以在装备应用现场提供必要的运行、维护、维修、 更换等服务;最后,以上这些所谓的“定制”和“现”,并不增加成本,消费 者没有额外经济负担,提高了产品全生命期的投资回报率。这些都是数字孪生 和增材制造结合带来的效益。