【数字孪生】数字孪生,让产品变“活”

2019 年 8 月 19 日 产业智能官


不确定性是这个时代最典型的特征:越来越短的产品生命周期、逐渐走低的客户忠诚度、跨界竞争的门口“野蛮人”、层出不穷的新兴技术和商业模式,让企业往往无所适从。


要化解不确定性,企业唯有紧紧贴近客户的需求,在感知、分析和优化的闭环中,根据客户需求持续地调整和完善产品,始终与客户保持高度的关联度。我们称这样的企业为“生力企业(living business)”,这样的产品为“活力产品 (living product)”,数字孪生正是帮助企业实现这一闭环,让产品变“活”的关键


数字孪生,不是传统仿真


数字孪生是指物理产品在虚拟空间中的数字模型,包含了从产品构思到退市全生命周期的产品信息。这个“双胞胎”不仅与真实空间中的“孪生兄弟”形似,能模拟产品实际运行,而且还能通过安装在产品上的传感器反馈回来的数据,反映运行状况,乃至改变产品状态,所以它将“表现”得与真实产品一模一样。


例如,飞机制造企业在飞机研发阶段,就可以利用数字孪生模拟所需要的各种验证和测试,减少飞行试验的次数。当航空公司接收飞机时,每一架飞机都伴随着对应的数字孪生,并把飞机的真实飞行参数、表面气流的分布等数据输入到模型中。分析这些数据,可以预测潜在的故障和隐患,改善飞机性能。


数字孪生的概念诞生已久,但在近两年一跃成为了数字化领域的“红人”。传统的仿真技术通常只是物理实体在数字空间单向和静态的映射,主要用于提升产品设计的效率,降低物理测试成本。相比于仿真技术,在物联网、人工智能、大数据分析等新兴技术的加持下,数字孪生则拥有新的特点:

双向:虚实交融,实现双向的闭环信息反馈。数字孪生能收集物理产品的运行数据,乃至能对物理产品实施控制,改变产品的状态。


持续:数字孪生和物理产品之间的互动是不间断的,贯穿产品的全生命周期,能持续地推动产品优化,改善客户体验。


开放:通过数字孪生收集到的海量数据,单靠企业自身的力量来分析和挖掘其中的价值是不够的,企业需要将数据对第三方开放,借助外部合作伙伴的力量充分挖掘数字孪生的价值。


这些新特点使得数字孪生能服务于产品的全生命周期,带来的价值不仅限于降本增效,而是能推动产品创新,开发出新的商业模式,推动企业核心流程及客户体验的升级。


产品管理的进化(点击查看大图)


需要注意的是,数字孪生必须要由“数字主线”输送数据“血液”,才能始终保持实时性或准实时性,否则与传统的CAD与仿真没有实质区别。数字主线是贯穿于公司各个职能部门和产品生命周期的信息流,它能够端到端地在流程与系统间穿针引线,助力在企业和其生态系统中构建互联的产品信息网络,加强内外协作,整合数据资源,为数字孪生的应用创造条件。


数字孪生及主线示意(点击查看大图)


打造更新、更快、更优的“活产品”


数字孪生能有效提升产品生命周期管理的经济性和有效性,打造“活产品”,为客户带来更新、更快、更好的体验。


数字孪生优化产品生命周期管理(点击查看大图)


更新:推动产品和商业创新

数字孪生可以成为创新的测试沙盒,让原来由于物理条件限制而难以完成甚至是不可想象的设计,通过数字孪生来实现。如将数字孪生结合人工智能技术,利用生成式设计(Generative Design),产生更好的产品创意。数字孪生还可以帮助企业创造新的商业模式(如按产品运营效果付费,共享服务,软件类/授权类服务,咨询服务,物联网金融与保险服务等)。


埃森哲为某全球领先的企业级解决方案和消费电子产品提供商设计并实施了产品数字化变革项目,包含多个产品的生命周期管理、物联网供应商的数字主线规划、实现基于模型的工程设计,以及运用物联网集成的闭环产品设计,为数字孪生的运用打下了基础。预计该项目将帮助该企业带来每年超过10亿美元的收益。


而在位于上海的埃森哲中国数字创新中心,我们便采用数字孪生技术,以虚拟方式设计、评估和迭代制造流程,帮助企业在构建物理生产设施之前,设置虚拟生产线、调整生产线平衡、优化机器布局,并验证人体工程学因素,从而尽早监测并解决工业化项目中的各种问题,提高生产的敏捷性和可追溯性,并保障员工安全,提升生产力。


虚拟生产线(点击查看大图)


更快:快速响应客户需求

数字孪生可以提高研发、制造和供应链的适应性和灵活性。在生产出物理产品之前,建立产品的虚拟原型,对产品和制造过程进行仿真测试和验证。更重要的是能收集到产品在客户端运行时的数据,并及时根据客户的需求对产品进行相应的调整,在虚拟原型上快速验证。此外,数字孪生还可以模拟测试产品的可制造性,并在购买昂贵生产设备前对制造布局/工艺设计进行优化。员工也可以通过数字孪生随时随地访问产品最新相关数据,及时获得操作反馈,从而提升效率。


埃森哲中国数字创新中心的“模拟驾驶体验”和“感知汽车座椅”便是数字孪生技术提升用户体验的成功范例。通过汽车座椅上的嵌入式传感器、心率监视器等物联设备,可以收集并综合分析用户驾驶过程中的行为、偏好、生理反应等数据,加速汽车、汽车座椅的设计过程和产品迭代。


模拟驾驶体验


更好:提升产品购买和售后服务体验

数字孪生可提供沉浸式和差异化的购买体验来推动与客户的互动。营销内容将根据最新的工程数据自动生成,适用于多种媒介并根据客户选择的配置动态生成VR/AR体验。销售人员也可以实时查看产品,根据生产实况为客户配置最优订单。数字孪生还可以在售后市场帮助企业开展健康管理、远程诊断、智能维护等服务。


数字主线和数字孪生带来的商业价值(点击查看大图)


埃森哲旗下的Mackevision运用工程数据构建实体产品的视觉“数字孪生”,可在任意类型的媒体渠道,线上线下,模拟或数字领域生成逼真的3D视觉图像。除传统的渲染数据处理方式外,他们还基于Unreal或Unity实时引擎,运用实时数据渲染技术,打造逼真的用户体验。最典型的应用是为汽车销售、选配,售后服务提供端到端解决方案。


四个阶段与四大要务


实施数字孪生的过程可划分为四个阶段,但它也并不一定完全是线性的,可能几个阶段都同时涉足,需要在实践中不断摸索。

1

探索未来业务愿景,开展试点。

2

建立基础,提升内部效率,及有选择地实现某些战略性目标。

3

采用新技术来规模化地推进数字孪生的应用,同时让外部合作伙伴及客户也参与进来。

4

和生态圈的合作伙伴一起,运用数字孪生来实现成果导向,打造新的商业模式。


数字孪生的进化(点击查看大图)


在这个过程中,有四大要务是关乎数字孪生成功的关键。


做好能力规划:有的放矢

数字孪生的实施需要相当大的投资,并非适用于所有企业,需谋定而后动,识别真正能够带来商业效果的能力点进行发展,逐步实施,确保投资回报率。


数字孪生能力框架(点击查看大图)


构建数据平台:夯实基础

开辟各系统间的数据通道,对现在的、历史的、分散的业务数据进行钻取和整合,为不同的应用场景提供支撑,这需要建立综合性的数据管理平台。企业可以考虑设立首席数据官或数据委员会负责该项工作。


构建数据平台的四个维度(点击查看大图)


从消除内部壁垒到建立外部生态:协同是关键

产品的最终客户体验是所有环节共同决定的,所以成功部署数字孪生,首先要打破部门之间的壁垒,消除组织孤岛和信息孤岛,并且实现各部门之间的密切协同,尤其是IT和OT的融合至关重要。这既需要企业领导层的全面支持,也需要广泛结合生态伙伴的力量。


人机协作:维系安全

由于数字孪生能对物理产品实施控制,改变产品的状态,这可能会产生安全风险。因此建立有效、安全并且可靠的数字映射,比建立数字孪生本身更为重要。企业必须注重构建数字孪生的安全防范手段,人机协作才是最佳模式。


展望未来,我们相信数字孪生会在越来越多的产品上得到应用。未来供应商在交付一个产品时,交付一个数字孪生将会成为标配。



先进制造业+工业互联网




产业智能官  AI-CPS


加入知识星球“产业智能研究院”:先进制造业OT(自动化+机器人+工艺+精益)和工业互联网IT(云计算+大数据+物联网+区块链+人工智能)产业智能化技术深度融合,在场景中构建状态感知-实时分析-自主决策-精准执行-学习提升的产业智能化平台;实现产业转型升级、DT驱动业务、价值创新创造的产业互联生态链。


产业智能化平台作为第四次工业革命的核心驱动力,将进一步释放历次科技革命和产业变革积蓄的巨大能量,并创造新的强大引擎; 重构设计、生产、物流、服务等经济活动各环节,形成从宏观到微观各领域的智能化新需求,催生 新技术、新产品、新产业、新业态和新模式; 引发经济结构重大变革,深刻改变人类生产生活方式和思维模式,实现社会生产力的整体跃升。

产业智能化技术分支用来的今天,制造业者必须了解如何将“智能技术”全面渗入整个公司、产品、业务等商业场景中, 利用工业互联网形成数字化、网络化和智能化力量,实现行业的重新布局、企业的重新构建和焕然新生。

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