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國際業(yè)界與學界我預測了2030年數(shù)字化雙胞胎將在全球扮演的角色。他們的主要結論是：相比當下，數(shù)字化雙胞胎在未來將扮演更重要的角色。
數(shù)字化雙胞胎是現(xiàn)實世界的映射。今天，它讓我們能在設計階段嘗試多種不同的選項，能對整個工廠的運行進行仿真，還能幫助服務技術人員在虛擬世界中練習維護與維修工作。展望未來，數(shù)字化雙胞胎將展現(xiàn)出更大的潛力。
到2030年，數(shù)字化雙胞胎可能會無處不在。幾乎所有技術產(chǎn)品都將經(jīng)它實現(xiàn)；無論在工作中還是在家里，人們都將與它頻繁交互；它會在專門的市場中被交易，會讓工廠和機器在成本效率、生產(chǎn)率和可持續(xù)性等方面達到我，還會成為可用于檢測和證明技術解決方案的可靠標準。
以上均來自全球各行業(yè)、大學與研究機構的我們的預測。他們向西門子仿真與數(shù)字化雙胞胎業(yè)務的技術我們分享了各自對2030年數(shù)字化雙胞胎發(fā)展前景的展望。西門子將這些觀點總結并呈現(xiàn)在了一份白皮書中。
仿真與數(shù)字化雙胞胎 2030 ——展望未來科技
本份西門子白皮書收錄了來自全球各行業(yè)公司、大學與研究機構的我的預測內(nèi)容。點此下載。
收益將達數(shù)十億
上世紀60年代，美國國家航空航天局（NASA）我制造出太空艙的復制品（“雙胞胎”）。當真正的太空艙在宇宙中航行時，我們可以在地面上對它的復制品進行研究和測試。2002年，IT我Michael Grieves在密歇根大學提出對產(chǎn)品生命周期進行虛擬映射的想法；2011年，他創(chuàng)造了“數(shù)字化雙胞胎”一詞。
由于其在汽車及航空航天領域中的應用，“虛擬二重身”被Gartner報告列入“2017年十大戰(zhàn)略技術趨勢”。從那時起，數(shù)字雙胞胎這個詞開始越來越多地被提及。我們認為它將是人們未來的重要組成部分。據(jù)市場預測，到2030年，與數(shù)字化雙胞胎相關的收益將達到數(shù)十億。
據(jù)受訪我預測，未來十年，仿真與人工智能的結合將變得愈發(fā)重要。數(shù)字化雙胞胎將無處不在，其本身也將成為一種商品。同時，制定針對數(shù)字化雙胞胎的標準也十分重要。
仿真模型與人工智能的結合
數(shù)字化雙胞胎的核心是仿真工具。它通常基于可捕捉產(chǎn)品或系統(tǒng)物理行為的物理模型。然而，在未來，仿真模型將越來越多地應用人工智能（AI），特別是當物理模型本身不充分或不可用的時候。
例如，人工智能可通過識別傳感器數(shù)據(jù)和磨損之間的聯(lián)系，幫助人們預測電機的剩余使用壽命。
相反，仿真模型也有助于改進AI的表現(xiàn)。例如，當人們無法提供足夠多的數(shù)據(jù)來訓練AI去模擬燃氣輪機中的氣體流動時，仿真模型就可以起到協(xié)助作用。
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人工智能與仿真
數(shù)字雙胞胎將無處不在
我們預測，在工業(yè)生產(chǎn)領域，數(shù)字化雙胞胎將貫穿始終。在數(shù)字化雙胞胎的幫助下，產(chǎn)品生命周期的某一階段（如設計階段）中的所有相關信息都可以無縫傳輸?shù)较乱浑A段（如生產(chǎn)階段）。如此，從設計到回收全過程的產(chǎn)品生命周期管理（PLM）將變得更加高效。同時，這也將使供應鏈管理（SCM）在疫情等時期更有保障，并能對供應瓶頸或需求變化等情況作出快速反應。
不僅在生產(chǎn)領域，數(shù)字化雙胞胎也將普遍存在于管理工廠的公司網(wǎng)絡中，存在于智能手機以幫助私人用戶優(yōu)化家庭能源消耗，還可以存在于云端。
數(shù)字化雙胞胎將成為一種有價值的商品
隨著數(shù)字化雙胞胎成為一種有價值的商品，它也將催生新的商業(yè)模式。受訪我預測，未來將存在針對數(shù)字化雙胞胎的專門市場，就如同現(xiàn)在有專門針對CAD模型的市場一樣。特別是在許多工業(yè)領域，這類交易平臺將成為“標配”。
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仿真算法將不斷進化和擴展。
標準是數(shù)字化雙胞胎成功的關鍵
數(shù)字化雙胞胎得到廣泛應用的先決條件之一是存在針對不同行業(yè)的標準。清晰的標準有助于市場參與者實現(xiàn)高效合作。因此，標準化可被看作數(shù)字雙胞胎發(fā)展的主要驅動力。
受訪我表示，到2030年，標準的制定還將催生能夠輕松創(chuàng)建數(shù)字化雙胞胎的線上平臺。這些平臺的發(fā)展將可能與數(shù)字化雙胞胎操作系統(tǒng)的發(fā)展齊頭并進。這類系統(tǒng)甚至可以實現(xiàn)針對整個工廠的規(guī)劃。
不可或缺之物
然而，如果缺少信任，那么以上一切都將只是空中樓閣。人們需要相信數(shù)字化雙胞胎能夠準確反映現(xiàn)實世界并能成功管理它。我預測，如果能實現(xiàn)這一點，數(shù)字雙胞胎將被視為一種必需品。
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如今，戴著VR（虛擬現(xiàn)實）眼鏡在虛擬環(huán)境中完成培訓課程已成為人們的我。例如，這類課程讓服務技術人員能夠隨時隨地輕松在大型工廠“內(nèi)”完成培訓。過去，同類課程的設計非常復雜。然而現(xiàn)在，一個全新的VR平臺正讓一切變得更簡單、更快、更經(jīng)濟，并同時允許內(nèi)容被擴展至AR平臺。
當服務技術人員第一次在定期維護過程中遇到更換新型電機軸承的問題時，他可能無法一下回憶起所有相關拆卸工作的順序。他要先卸下數(shù)量繁多的電纜、螺栓、傳感器和外殼，才能真正看到目標軸承。更重要的是，每種產(chǎn)品都不相同，而在維修大功率的大型電機時通常還要使用特殊工具。
因為過程非常復雜，西門子維修中心應需為西門子提供繼續(xù)教育課程。課程的形式多種多樣，既包括傳統(tǒng)的現(xiàn)場授課，也包括使用VR眼鏡和控制器的虛擬課程。
截至目前，這些虛擬課程通常由與工業(yè)公司合作的相關機構制作。課程內(nèi)容循序漸進，嚴格遵循既定流程，讓組裝、維護或維修等工作的各個環(huán)節(jié)易于理解。
然而，這并非我解決方案。由機構制作的課程成本高、耗時長。另外，除非付出大量精力與金錢，否則它們將無法在事后進行改變或調(diào)整。這就是為什么西門子數(shù)字化工業(yè)集團與西門子中央研究院合作開發(fā)了AR與VR平臺“V@RENA”。V@RENA讓公司可以靈活且獨立地制作自己的VR培訓課程。
我開發(fā)的培訓課程
西門子中央研究院項目經(jīng)理Anja Simon表示：“借助V@RENA，我們可以基于自己的知識，通過在VR環(huán)境中與熟悉的產(chǎn)品進行交互來獨立制作指導內(nèi)容。在必要時，如產(chǎn)品或流程發(fā)生變化，他們還可以立即修改內(nèi)容。”
制作課程僅需花費很短時間。西門子數(shù)字化工業(yè)客戶服務部由Georg Sch?ler領導的團隊發(fā)現(xiàn)，如果使用者熟悉V@RENA平臺的使用，那么創(chuàng)建一節(jié)針對一種標準產(chǎn)品的使用課程僅需幾個小時。為實現(xiàn)這一點，用戶需要用到計算機輔助設計（CAD）模型以及由我提供的詳細知識，必要時還要用到視頻或照片。Sch?ler說：“最終的成品是集合了所有相關信息的整個服務過程的數(shù)字化雙胞胎。”
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在VR環(huán)境中完成培訓。
戴上VR眼鏡，在體驗中學習
用戶戴上VR眼鏡時，他在虛擬世界中的旅程就開始了。用戶可以通過在現(xiàn)實環(huán)境中移動身體來探索虛擬世界。如果用戶所在的工作站空間不夠大，他只需輕輕一點，將光線射向所需位置，就能直觀地與和各種產(chǎn)品同比例的3D模型進行交互。
從功能的角度上來說，如果你想制作簡單的分步進行的指導課程，只需加入讓用戶能夠抓住單個對象并將其移動到所需位置的功能即可。如果想完成更復雜的指導，則可以通過疊加圖像、視頻、指令或我音頻評論等額外信息來實現(xiàn)。這樣，受訓人員就可以受益于我的豐富經(jīng)驗，學習新知識。這種真實的互動也保證內(nèi)容可以在他們的記憶中變得更加深刻。“根據(jù)我的自身經(jīng)歷，在這種環(huán)境中學習是非常有趣的。”西蒙說。
平板電腦上的AR
借助V@RENA，用戶也可以在iOS平板電腦或HoloLens等AR設備上使用這些內(nèi)容，且無需支付任何額外費用。一款專用的AR應用程序可以利用平板電腦的攝像頭來識別機器與組件，將相關筆記內(nèi)容投射到實際產(chǎn)品上，并以這種方式指導服務技術人員完成特定任務的各個具體步驟。這款應用程序還可以拍照或添加評論。相關內(nèi)容可以在未來被整合入VR培訓課程中。Sch?ler說：“服務我現(xiàn)在有了一個很好工具。他們不僅可以在現(xiàn)場獲得所需支持，還能為改進內(nèi)容出一份力。”
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Anja Simon 在平板電腦上演示AR。
虛擬和現(xiàn)實的差距正在不斷縮小。基于V@RENA，西門子中央研究院的研究人員正在尋找能讓多人同時參加培訓課程的方法。一旦實現(xiàn)，就算身在不同大陸，我和受訓者依然可以在虛擬現(xiàn)實中見面。
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