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數字孿生是什么?哪些公司值得關注?

2019-11-18 09:38 格物資本研究團隊

導讀:根據國際定義,數字孿生是充分利用物理模型、傳感器更新、運行歷史等數據,集成多學科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過程,在虛擬空間中完成映射,從而反映相對應的實體裝備的全生命周期過程。

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什么是數字孿生

數字孿生是一個最近兩年才被重復提起的新名詞,很多人還比較陌生。

根據國際定義,數字孿生是充分利用物理模型、傳感器更新、運行歷史等數據,集成多學科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過程,在虛擬空間中完成映射,從而反映相對應的實體裝備的全生命周期過程。

從概念上來看,有幾個核心點:

一是物理世界與數字世界之間的映射;

二是動態的映射;

三是不僅僅是物理的映射,還是邏輯、行為、流程的映射;比如生產流程、業務流程等。

四是不單純是物理世界向數字世界的映射,而是雙向的關系,也就是說,數字世界通過計算、處理,也能下達指令、進行計算和控制。

五是全生命周期,數字孿生體與實體的孿生體是與生共有、同生同長,任何一個實體孿生體發生的事件都應該上傳到數字孿生體作為計算和記錄,實體孿生體在這個運行過程中的勞損,比如故障,都能夠在數字孿生體的數據里有所反映。

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數字孿生的組成

根據德勤的觀點,數字孿生由六大部分組成:

一是傳感器:生產流程中的傳感器負責搜集數據、傳遞信號;

二是數據:傳感器提供的實際運營和環境數據和企業的生產經營數據(如物料清單、設計圖紙等)合并形成數字孿生的數據來源;

三是集成:傳感器通過集成技術(包括邊緣計算、通信接口等)實現物理世界和數字世界之間的數據傳輸;

四是分析:利用分析技術開展算法模擬和可視化程序,進行數據分析;

五是模型:基于上述數據與信息,建立物理實體和流程的數字化模型,通過模型計算物理和生產流程是否出現錯誤偏差,從而得出解決錯誤偏差的方式和行動;

六是控制器:基于模型計算的結果,通過控制器開展行動,調整和糾正錯誤。

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數字孿生的歷史與案例

數字孿生最早由密西根大學教授Grieves于2002年提出。

后來NASA將數字孿生的理念應用在阿波羅計劃中,開發了兩種相同的太空飛行器,以反映地球上太空的狀況,進行訓練和飛行準備。

數字孿生被Gartner評為未來最為重要的十大關鍵技術之一,Gartner認為,到2021年,一半的大型工業公司將使用數字孿生,從而使這些組織的效率提升10%。

微軟推出了Azure Digital Twin服務,能夠創建任何物理環境的數字模型,包括連接它們的人員、地點、事物、關系和流程,并與物理世界保持同步。通過Azure Digital Twins,用戶可以在空間的語境中查詢數據,該服務將成為Azure IoT平臺的一部分。

阿里巴巴城市大腦則提出了“數字孿生交通”、“數字孿生城市”、“數字孿生生態”三個階段的數字孿生藍圖。

GE公司已經擁有了120萬個數字孿生體,可以處理30萬種不同類型的設備資產。

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數字孿生的價值

工業界有一種“工業領域 1%的革命”的說法,即全球工業的生產效率提升1%,成本將減少300億。

數字孿生能在工業、交通、城市、環保等各個領域帶來顯著的效率提升,未來將帶來成本的極大下降。具體來說,分為如下幾個部分:

首先,數字孿生將使生產更便捷,創新速度更快,生產周期更短。

如前所述,數字孿生通過設計工具、仿真工具、物聯網等各種手段,將物理設備的各種屬性映射到虛擬空間中,形成了一個可拆解、可復制、可修改、可刪除的數字鏡像,這就提升了操作人員對物理實體的了解,比如說在現實中你很難對一個燃燒鍋爐復雜的內部情況進行了解,但數字孿生就可以使你對其內部結構、實時情況進行了解,這樣解決了很多由于物理條件限制而無法完成的操作。

其次,數字孿生將極強的提升測量、分析和預測能力。

通過對物體傳感數據的實時了解,借助經驗模型的預測和分析,可以通過機器學習計算和總結出一些原本無法測量的指標,從而極大的提升對機械設備、流程的理解力以及控制和預測力。

并且,數字孿生幫助將經驗完成數字化。

在傳統的工業設計、制造和服務領域,經驗往往是一種模糊而很難把握的形態,很難將其作為精準判決的依據。而數字孿生的一大關鍵進步是可以通過數字化的手段,將原先無法保存的專家經驗進行數字化,并提供了保存、復制、修改和轉移的能力。

總結來說,數字孿生是基于豐富的歷史和實時數據和先進的算法模型,實現對對象狀態和行為高保真度的數字化表征、模擬試驗和預測。通過對物理和邏輯空間的對象實現深入的認知、正確的推理、精準的操作,使得設計、操作、控制、管理的效率提升。

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數字孿生為什么現在產生,現在處于什么狀態

數字孿生的出現在于感知、網絡、大數據、人工智能、控制、建模等技術在最近十年的集中爆發。尤其是傳感器和低功耗廣域網技術的發展,將物理世界的動態,通過傳感器精準、實時地反饋到數字世界。數字化、網絡化實現由實入虛,網絡化智能化實現由虛入實,通過虛實互動,持續迭代,實現物理世界的最佳有序運行。

目前,盡管數字孿生在全球范圍內還處于初期階段,僅有一些大型公司在部分領域和環節嘗試使用數字孿生技術進行部分設備和流程的改造,如前述的GE、阿里巴巴、微軟等。

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數字孿生與CAD/PLM/工業互聯網之間的區別

(1)與CAD的區別

CAD模型是數學模型,可以是二維的也可以是三維的;數字孿生必然是三維模型。

數字孿生和CAD很重要的一層關系就是數據關聯,可以實現裝配關系數據、制造信息數據、功能性能數據、健康檢測數據、身份識別數據、實時檢測數據進行關聯,實現三維和數據的融合;

CAD模型往往是靜態的、不可自動化的,其作用僅限于設計階段;而數字孿生,是貫穿全生命周期,從設計到生產到倉儲物流等,且數據反饋和控制是互動的。

數字孿生是基于高保真的三維CAD模型,它被賦予了各種屬性和功能定義,包括材料、感知系統、機器運動機理等。它一般儲存在圖形數據庫,而不是關系型數據庫。

(2)與PLM的區別

數字孿生與PLM具有緊密關系。數字孿生可以用PLM來管理產品或設備的生命周期,也從PLM軟件中輸出文件。

然而PLM以前雖然叫做產品全生命周期的管理,但從一個產品的設計、制造、到服務的全過程而言,PLM顯然是沒有完成任務。它的作用,到了制造的后期,往往戛然而止了。大量在制造中發生的工程狀態更改,往往無法返回給研發設計師。

數字孿生的出現,由于對物理產品的全程(包括損耗和報廢)進行數字化呈現,這使得產品的“全生命周期”透明化、自動化管理概念,成為貨真價實的實際方法。

(3)與工業互聯網的區別

工業互聯網是數字孿生的孵化床。物理實體的各種數據收集、交換,都要借助于工業互聯網來實現。它將機器、物理基礎設施都連接到數字孿生上,將數據的傳遞、存儲分別放到邊緣或者云端??梢哉f,工業互聯網激活了數字孿生的生命,它天生具有的雙向通路的特征,使得數字孿生真正成為一個有生命力的模型。

數字孿生的核心是,合適的時間、合適的場景,做基于數據的、實時正確的決定。這意味著可以更好地服務客戶。數字孿生是工業互聯網的重要場景,也是工業App的完美搭檔。

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有哪些值得關注的數字孿生創業公司?

(1)泰瑞數創

泰瑞數創成立于2004年,主要從事三維地理信息技術的研發,是國內最早從事數字孿生城市建設的公司之一,掌握數字孿生城市中的新型測繪、全要素表達、模擬仿真、深度學習等核心技術,是奧運會、汶川地震、APEC會議、建國60周年大慶等重大項目的實景三位地理信息系統服務商。

泰瑞獲得過啟迪金控、國泰創投、漢威電子、東方證券等四輪投資。

(2)51VR

51VR成立于2015年,是一家以VR+AI技術提供無人駕駛仿真測試、智慧城市和地產數字化的科技公司。

其數字孿生城市做法是運用GIS、高程、無人機斜拍點云、衛星圖、街景圖等技術和數據,能夠快速自動化構建大規模數字孿生城市模型,復原城市的每個細節,約6小時即可實時渲染構并構建數千平方公里的 L2 級別數字孿生城市。

51VR 于2017年12月完成B 輪 2.1 億元融資,投資方為光速中國、商湯科技、當代集團、松禾資本、浦發硅谷銀行、途家等。

(3)數字冰雹

數字冰雹成立于2006年,是一家提供大數據可視化、分析決策系統的科技公司。產品廣泛應用于航天戰場、智慧城市、網絡安全、企業管理、工業監控等領域。提供集設計、程序開發、硬件集成為一體的一站式系統解決方案,幫助決策者發掘數據背后的規律,提高決策效率與能力。

數字冰雹曾獲得君源創投、時代伯樂等兩輪戰略投資。

(4)悉見科技

悉見科技成立于2016年,是一家AR智能眼鏡研發商,基于拍攝圖片深度優化算法、自然紋理平面圖像的識別和跟蹤算法、在線SLAM算法和離線SLAM算法等技術,研發了一款SeengeneX系列AR眼鏡,具有自動拍照、工作助手、智慧生活、智能識別等功能,致力于為文化旅游和教育等行業提供AR整體解決方案。

悉見科技于2018年完成A輪1.2億元融資,投資方為聯想之星,金科君創,谷銀基金,雷鳴等。

(5)優也科技

優也科技成立于2016年,是一家工業大數據解決方案提供商,致力于成為基礎工業數字化智能化資源效率提升產業升級的領跑者。核心團隊在鋼鐵、有色、發電、水泥、礦山及造紙等基礎工業的運營轉型、開發落地的基礎工業大數據行業解決方案,解決基礎工業中痛點難點的管理場景,降低成本,提升質量,創造效益。

(6)優锘科技

優锘科技成立于2012年,是IT可視化和數據可視化領域的廠商。

優锘科技是優锘科技推出的物聯網可視化PaaS平臺,為廣大互聯網用戶提供好用的可視化工具。使用模模搭的網上服務,用戶可以快速搭建3D可視化場景,能在短短幾十分鐘甚至十幾分鐘時間里,搭建出包括室內、室外、建筑和園區的復雜場景,廣泛應用于學校、醫院、商場、工廠、庫房等各種場合。

優锘科技于2016年完成A輪7200萬元融資,投資方為熔巖創投,金浦投資;于2017年完成B輪1.2億元融資,投資方為云鋒基金等。



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