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國際業(yè)界與學(xué)界我預(yù)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(jié)論是：相比當(dāng)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(shí)世界的映射。今天，它讓我們能在設(shè)計階段嘗試多種不同的選項(xiàng)，能對整個工廠的運(yùn)行進(jìn)行仿真，還能幫助服務(wù)技術(shù)人員在虛擬世界中練習(xí)維護(hù)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(shù)產(chǎn)品都將經(jīng)它實(shí)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(jī)器在成本效率、生產(chǎn)率和可持續(xù)性等方面達(dá)到我，還會成為可用于檢測和證明技術(shù)解決方案的可靠標(biāo)準(zhǔn)。
以上均來自全球各行業(yè)、大學(xué)與研究機(jī)構(gòu)的我們的預(yù)測。他們向西門子仿真與數(shù)字化雙胞胎業(yè)務(wù)的技術(shù)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(diǎn)總結(jié)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(xué)與研究機(jī)構(gòu)的我的預(yù)測內(nèi)容。點(diǎn)此下載。
收益將達(dá)數(shù)十億
上世紀(jì)60年代，美國國家航空航天局（NASA）我制造出太空艙的復(fù)制品（“雙胞胎”）。當(dāng)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(fù)制品進(jìn)行研究和測試。2002年，IT我Michael Grieves在密歇根大學(xué)提出對產(chǎn)品生命周期進(jìn)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(lǐng)域中的應(yīng)用，“虛擬二重身”被Gartner報告列入“2017年十大戰(zhàn)略技術(shù)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(rèn)為它將是人們未來的重要組成部分。據(jù)市場預(yù)測，到2030年，與數(shù)字化雙胞胎相關(guān)的收益將達(dá)到數(shù)十億。
據(jù)受訪我預(yù)測，未來十年，仿真與人工智能的結(jié)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(biāo)準(zhǔn)也十分重要。
仿真模型與人工智能的結(jié)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(yīng)用人工智能（AI），特別是當(dāng)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(yù)測電機(jī)的剩余使用壽命。
相反，仿真模型也有助于改進(jìn)AI的表現(xiàn)。例如，當(dāng)人們無法提供足夠多的數(shù)據(jù)來訓(xùn)練AI去模擬燃?xì)廨啓C(jī)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(yù)測，在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)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(shè)計階段）中的所有相關(guān)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(shè)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(yīng)鏈管理（SCM）在疫情等時期更有保障，并能對供應(yīng)瓶頸或需求變化等情況作出快速反應(yīng)。
不僅在生產(chǎn)領(lǐng)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(luò)中，存在于智能手機(jī)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(yù)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(lǐng)域，這類交易平臺將成為“標(biāo)配”。
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仿真算法將不斷進(jìn)化和擴(kuò)展。
標(biāo)準(zhǔn)是數(shù)字化雙胞胎成功的關(guān)鍵
數(shù)字化雙胞胎得到廣泛應(yīng)用的先決條件之一是存在針對不同行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)。清晰的標(biāo)準(zhǔn)有助于市場參與者實(shí)現(xiàn)高效合作。因此，標(biāo)準(zhǔn)化可被看作數(shù)字雙胞胎發(fā)展的主要驅(qū)動力。
受訪我表示，到2030年，標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)。這類系統(tǒng)甚至可以實(shí)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(zhǔn)確反映現(xiàn)實(shí)世界并能成功管理它。我預(yù)測，如果能實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，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(shí)）眼鏡在虛擬環(huán)境中完成培訓(xùn)課程已成為人們的我。例如，這類課程讓服務(wù)技術(shù)人員能夠隨時隨地輕松在大型工廠“內(nèi)”完成培訓(xùn)。過去，同類課程的設(shè)計非常復(fù)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(jì)，并同時允許內(nèi)容被擴(kuò)展至AR平臺。
當(dāng)服務(wù)技術(shù)人員第一次在定期維護(hù)過程中遇到更換新型電機(jī)軸承的問題時，他可能無法一下回憶起所有相關(guān)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(biāo)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(jī)時通常還要使用特殊工具。
因?yàn)檫^程非常復(fù)雜，西門子維修中心應(yīng)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(guān)機(jī)構(gòu)制作。課程內(nèi)容循序漸進(jìn)，嚴(yán)格遵循既定流程，讓組裝、維護(hù)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(jī)構(gòu)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(jìn)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(tuán)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(dú)立地制作自己的VR培訓(xùn)課程。
我開發(fā)的培訓(xùn)課程
西門子中央研究院項(xiàng)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(jìn)行交互來獨(dú)立制作指導(dǎo)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(fèi)很短時間。西門子數(shù)字化工業(yè)客戶服務(wù)部由Georg Sch?ler領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)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(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品的使用課程僅需幾個小時。為實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，用戶需要用到計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD）模型以及由我提供的詳細(xì)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(guān)信息的整個服務(wù)過程的數(shù)字化雙胞胎。”
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在VR環(huán)境中完成培訓(xùn)。
戴上VR眼鏡，在體驗(yàn)中學(xué)習(xí)
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(shí)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(diǎn)，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(jìn)行交互。
從功能的角度上來說，如果你想制作簡單的分步進(jìn)行的指導(dǎo)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(fù)雜的指導(dǎo)，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(shí)現(xiàn)。這樣，受訓(xùn)人員就可以受益于我的豐富經(jīng)驗(yàn)，學(xué)習(xí)新知識。這種真實(shí)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(xué)習(xí)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(shè)備上使用這些內(nèi)容，且無需支付任何額外費(fèi)用。一款專用的AR應(yīng)用程序可以利用平板電腦的攝像頭來識別機(jī)器與組件，將相關(guān)筆記內(nèi)容投射到實(shí)際產(chǎn)品上，并以這種方式指導(dǎo)服務(wù)技術(shù)人員完成特定任務(wù)的各個具體步驟。這款應(yīng)用程序還可以拍照或添加評論。相關(guān)內(nèi)容可以在未來被整合入VR培訓(xùn)課程中。Sch?ler說：“服務(wù)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(jìn)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(shí)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(xùn)課程的方法。一旦實(shí)現(xiàn)，就算身在不同大陸，我和受訓(xùn)者依然可以在虛擬現(xiàn)實(shí)中見面。
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