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The Siemens Digital Twin Show
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來源：CPS发展论坛 作者：国泰君安证券研究
數位孿生不僅僅是複製。孿生，即雙胞胎；數位孿生，顧名思義，就是數位形式的雙胞胎。在「數位孿生」中，雙胞胎中的一個是存在於現實世界的實體，小到零件，大到工廠，簡單如螺絲，複雜如人體的結構。
而雙胞胎中的另一個，則只存在虛擬和數位世界之中，是利用數位技術，營造的與現實世界對稱的鏡像。
如果以家用電腦為例，Word文檔和列印出來的文稿就是「數位孿生」。若以導航軟體為例，城市中的實體道路，和軟體中的虛擬道路，也是「數位孿生」。
此外，這個數位孿生體，不僅是對現實實體的虛擬再現，還可以模擬對象在現實環境中的行為。因此可以說，數位孿生是將實體對象，以數位化方式在虛擬空間呈現，模擬其在現實環境中的行為特徵。
數位孿生有什麼用？首先，它可以透過設計工具、仿真工具、物聯網、虛擬現實等各種數位化的手段，將實體設備的各種屬性，映射到虛擬空間中，形成可拆解、可複製、可轉移、可修改、可刪除、可重複操作的數位鏡像。
過去，在沒有數位化模型幫助之下，製造一件產品要經歷很多次迭代設計。現在，採用了數位化模型的設計技術，就可以在虛擬的 3D 數位空間，輕鬆地修改部件，和產品的每一處尺寸，和裝配關係，這使得幾何結構的驗證工作，和裝配可行性的驗證工作大為簡單，大幅度減少了迭代過程中，實體樣機的製造次數、時間，以及成本。
此外，數位孿生還可以透過採集，有限的物理感測器指標的直接數據，借助大樣本庫，透過機器學習，推測出一些原本無法直接測量的指標。
由此實現對當前狀態的評估、對過去發生問題的診斷，以及對未來趨勢的預測，並給予分析的結果，模擬各種可能性，提供更全面的決策支持。
例如，針對大型設備運行過程中，出現的各種故障特徵，可以將感測器的歷史數據，透過機器學習，訓練出針對不同故障現象的，數位化特徵模型，並結合專家處理的記錄，將其形成未來對設備故障狀態，進行精準判決的依據，最終形成自治化的智慧診斷和判決。數位孿生是工業網路的關鍵技術，和重要場景當下，網路、大數據、人工智或等新一代
數位孿生不僅僅是複製。
孿生，即雙胞胎；數位孿生，顧名思義，就是數位形式的雙胞胎。
在「數位孿生」中，雙胞胎中的一個，是存在於現實世界的實體，小到零件，大到工廠，簡單如螺絲，複雜如人體的結構。
而雙胞胎中的另一個，則只存在虛擬和數位世界之中，是利用數位技術營造的與現實世界對稱的鏡像。
如果以家用電腦為例，Word文檔和列印出來的文稿，就是「數位孿生」。若以導航軟體為例，城市中的實體道路和軟體中的虛擬道路也是「數位孿生」。
此外，這個數位孿生體，不僅是對現實實體的虛擬再現，還可以模擬對象在現實環境中的行為。因此可以說，數位孿生是將實體對象，以數位化方式在虛擬空間呈現，模擬其在現實環境中的行為特徵。
首先，它可以透過設計工具、仿真工具、物聯網、虛擬現實等各種數位化的手段，將實體設備的各種屬性，映射到虛擬空間中，形成可拆解、可複製、可轉移、可修改、可刪除、可重復操作的數位鏡像。
這極大的加速了，操作人員對實體的瞭解，激發模擬仿真、批量複製、虛擬裝配等設計活動。
過去，在沒有數位化模型幫助之下，製造一件產品，要經歷很多次更新設計。
現在，採用了數位化模型的設計技術，就可以在虛擬的 3D 數位空間，輕鬆地修改組件，和產品的每一處尺寸和裝配關係，這使得幾何結構的驗證工作，和裝配可行性的驗證工作大為簡單，大幅度減少了更新過程中，實體樣機的製造次數、時間，以及成本。
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| IoT Edge 的第一道保護—— 加密晶片 |
此外，數位孿生還可以透過採集，有限的實體感測器指標的直接數據，借助大樣本庫，透過機器學習，推測出一些原本無法直接測量的指標。由此實現對當前狀態的評估、對過去發生問題的診斷，以及對未來趨勢的預測，並給予分析的結果，模擬各種可能性，提供更全面的決策支持。
例如，針對大型設備運行過程中，出現的各種故障特徵，可以將感測器的歷史數據，透過機器學習，訓練出針對不同故障現象的數位化特徵模型，並結合專家處理的記錄，將其形成未來對設備故障狀態，進行精準判決的依據，最終形成自治化的智慧診斷和判決。
數位孿生是工業網路的關鍵技術和重要場景
當下，網路、大數據、人工智慧等，新一代資訊技術迅速發展，對推動製造業數位化、網路化、智慧化進程，起到關鍵作用，尤其是資訊技術，對於數據的強大計算和分析能力，為製造業發展，開闢嶄新的發展空間，IT 和 OT 的融合，越來越受到製造企業的重視。
伴隨新一代資訊技術，與製造業深度融合發展，工業網路成為製造業從「顯」到「隱」的抓手，網路從「虛」向「實」的載體。工業網路蓬勃發展離不開技術支撐，包括數位孿生、邊緣計算、5G、IPV6、標識解析、TSN（時間敏感網路）、PON（無源光網路）等，都是工業網路的關鍵技術。
伴隨新一代資訊技術，與製造業深度融合發展，工業網路成為製造業從「顯」到「隱」的抓手，網路從「虛」向「實」的載體。工業網路蓬勃發展離不開技術支撐，包括數位孿生、邊緣計算、5G、IPV6、標識解析、TSN（時間敏感網路）、PON（無源光網路）等，都是工業網路的關鍵技術。
隨著工業網路的應用推進，數位孿生被賦予了新的生命力，工業網路延伸了，數位孿生的價值鏈和生命週期，凸顯出數位孿生基於模型、數據、服務方面的的優勢和能力，打通了數位孿生應用和更新優化的現實路徑，正成為數位孿生的孵化床。
數位孿生基於實體的基本狀態，以動態即時的方式，將建立的模型、收集的數據，做出高度寫實的分析，用於實體的監測、預測和優化。
另外，數位孿生作為邊緣側技術，可以有效連接設備層和網路層，成為工業網路平台的知識萃取工具，不斷將工業系統中的碎片化知識，傳輸到工業網路平台中，不同成熟度的數位孿生體，將不同顆粒度的工業知識重新組裝，透過工業 APP 進行調用。因此，工業網路平台是數位孿生的孵化床，數位孿生是工業網路平台的重要場景。
另外，數位孿生作為邊緣側技術，可以有效連接設備層和網路層，成為工業網路平台的知識萃取工具，不斷將工業系統中的碎片化知識，傳輸到工業網路平台中，不同成熟度的數位孿生體，將不同顆粒度的工業知識重新組裝，透過工業 APP 進行調用。因此，工業網路平台是數位孿生的孵化床，數位孿生是工業網路平台的重要場景。
數位孿生，以數位方式為實體對象，創建高寫實虛擬模型，並模擬、分析、預測其行為，為實現資訊技術與製造業融合，鋪平了道路。借助數位孿生，可以整合成複雜的製造工藝，實現產品設計，製造和智慧服務等閉環優化，數位孿生將成為未來數位化企業發展的關鍵技術。
在工業網路概念出現之前，數位孿生的概念還只是停留在軟體環境中，比如幾何建模的 CAD 系統、產品生命週期管理的 PLM 等。但隨著工業網路的出現，網路的連通效用，使得各個數位孿生在設備資產管理，產品生命週期管理，和製造流程管理中，開始發生關聯、互相補充。
例如，西門子公司就利用其工業網路平台 Mindsphere，實現了數位孿生不同應用場景數據的打通。透過破除設備、設計、製造、維護等產品生命週期隔離，打通構成數位孿生的生態圈。
工業網路平台啟動數位孿生生命
隨著製造業不斷發展，數位孿生儘管尚未成為主流，卻成為每一個數位化企業都要關注的技術。數位孿生的核心，是模型和數據，但虛擬模型創建和數據分析，需要專業的知識，對於不具備相關知識的人員，建構和使用數位孿生任重道遠，工業網路恰恰可以解決上述問題，透過平台實現數據分析外包、模型共享等業務。
具體來說，物理實體的各種數據收集、交換，都要借助工業網路來實現（IaaS），利用平台具有的資源聚合、動態配置、供需對接等優勢，整合併利用各類資源，賦能數位孿生。
例如，利用工業網路平台，向下將邊緣側基礎設施，同數位孿生體關聯，向上將數據傳遞、儲存在雲端，其他用戶也可以根據自身需要，透過平台的服務，來建立數位孿生體，可以說工業網路平台啟動了數位孿生的生命。
數位孿生助力 IT 與 OT 融合
工業網路，是企業數位化轉型過程中關鍵一環，加速了 IT 和 OT 各要素的融合，數據是融合過程中最重要的粘結劑，要讓 IT 部門和 OT 部門融合的更好，首先要處理好數據，這項隱形的資產。
另外，工業網路正在試圖打破企業的邊界，試圖填滿 IT 與 OT 之間的各種縫隙，打造軟體定義、數據驅動、模式創新的新生態，而數位孿生剛好為融合發展，提供了數據和技術的接口。
另外，工業網路正在試圖打破企業的邊界，試圖填滿 IT 與 OT 之間的各種縫隙，打造軟體定義、數據驅動、模式創新的新生態，而數位孿生剛好為融合發展，提供了數據和技術的接口。
在產品設計中，數位孿生可以展示、預測，分析數位模型和實體世界之間的互動過程。基於數位孿生的設計，是基於現有實體產品的虛擬映射，研究大量數據，以獲取有價值的知識，進行產品創新。
設計人員只需將需求，發佈到工業網路平台，平台管理者就能就精確匹配設計人員，需要的數據服務，以及用於處理數據的模型和算法服務（PaaS）。透過調用，組合和操作這些服務，結果將返回給設計人員。 IT 和 OT 的融合以「按需付費」的方式，在工業網路平台上悄然完成。
此外，在設計產品的功能結構和組件後，需要測試設計品質和可行性。借助數位孿生，設計人員可以透過驗證虛擬產品，快速地模擬運行狀況，完成虛擬設計和虛擬運行。
服務封裝後，模型服務可以透過服務搜索、匹配、調度和調用來使用。透過服務，數位孿生有效地應用於產品設計中，減少預期行為，和設計行為的不一致產生的修改，大大縮短設計週期，降低設計成本。
服務封裝後，模型服務可以透過服務搜索、匹配、調度和調用來使用。透過服務，數位孿生有效地應用於產品設計中，減少預期行為，和設計行為的不一致產生的修改，大大縮短設計週期，降低設計成本。
打造基於數位孿生的工業 APP 服務池
隨著工業網路的發展，其核心思想「數據 + 模型 = 服務」的影響不斷擴大，服務在製造業中，扮演著越來越重要的位置。優化服務不僅僅可以應對激烈的競爭，並獲得更多收入，還可以借助工業 APP 和微服務，解決不同供應商標準協議相容、異構系統整合等問題（SaaS）。
數位孿生服務，包括設備服務、技術服務、測試服務、模擬服務、數據服務、知識服務、模型服務、算法服務等，此外，還有許多輔助服務，如物流服務、運維服務、金融服務等。
工業 APP 可以充分釋放數位孿生的潛力。工業 APP 可以將數位孿生的各種組件，分解為可由單個服務完成的子任務模組，客戶按需客製化滿足一定功能的微模組，組建起一定功能的微服務組，經服務封裝後，數位孿生服務發佈到服務池，和工業網路平台。透過微服務，複雜虛擬模型數位孿生的每個組件，都可以統一管理、共享和使用。
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| 台灣區電信工程工業同業公會 |
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