數(shù)字孿生“獨(dú)木難支”產(chǎn)業(yè)元宇宙

ChatGPT的耀眼光環(huán)下，還有多少人記得大明湖畔的“元宇宙”呢？科技圈涼薄如斯??！

元宇宙概念大火之后，很快出現(xiàn)了各種“XX元宇宙”的產(chǎn)業(yè)級(jí)解決方案。

工業(yè)元宇宙，構(gòu)建智能數(shù)字孿生體，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)運(yùn)行可視化、數(shù)據(jù)追溯、故障點(diǎn)精確定位、遠(yuǎn)程操控、診斷恢復(fù)等功能。

農(nóng)業(yè)元宇宙，主要應(yīng)用是數(shù)字孿生農(nóng)業(yè)，在種植基地部署傳感器，根據(jù)物理系統(tǒng)傳回的信息來推演作物生產(chǎn)狀況，為打頂、通風(fēng)、補(bǔ)光等措施提供了最優(yōu)決策方案。

城市元宇宙，韓國(guó)宣布把首爾建立成為一個(gè)元宇宙城市，構(gòu)建城市的數(shù)字孿生體，自然景觀、人文景觀等都被鏡像化，市民可以在“虛擬市長(zhǎng)辦公室、首爾金融科技實(shí)驗(yàn)室、首爾投資和首爾校園城”等數(shù)字空間里，享受相關(guān)公共服務(wù)。

當(dāng)前的產(chǎn)業(yè)元宇宙解決方案，掰開了揉碎了，寫著四個(gè)大字——數(shù)字孿生。

然而問題來了，元宇宙是多項(xiàng)技術(shù)疊加的產(chǎn)物，包括人工智能、量子計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字孿生、云計(jì)算、6G、虛擬現(xiàn)實(shí)交互技術(shù)等，其中數(shù)字孿生只負(fù)責(zé)生成物理世界的數(shù)字鏡像。

簡(jiǎn)單來說，數(shù)字孿生（Digital Twin）就是在虛擬空間中，構(gòu)建物理實(shí)體的“克隆體”，還原現(xiàn)實(shí)世界中的場(chǎng)景，從而支持人們對(duì)物理實(shí)體進(jìn)一步了解、分析和優(yōu)化決策。

坦率地說，這個(gè)技術(shù)概念并不算新，在航空設(shè)計(jì)、汽車制造、建筑工程等領(lǐng)域都已經(jīng)應(yīng)用了很多年了，甲骨文、IBM等服務(wù)商很早就提供相關(guān)能力。

怎么產(chǎn)業(yè)元宇宙的舞臺(tái)搭起來，最叫座的主角不是AIGC、不是VR/AR，而是這個(gè)2002年就誕生的技術(shù)呢？敲鑼打鼓的行情背后，真相究竟如何呢？

數(shù)字孿生，沒有想象得那么美

作為一個(gè)包羅萬(wàn)象的宏大概念，產(chǎn)業(yè)元宇宙要打動(dòng)政企客戶，數(shù)字孿生技術(shù)成了拉近距離的那根繩子。相比看不見摸不著的AI、云計(jì)算，尚未規(guī)模商用的VR、量子計(jì)算、6G，數(shù)字孿生產(chǎn)品在應(yīng)用中久經(jīng)考驗(yàn)，又與虛實(shí)融合、全局?jǐn)?shù)字化的趨勢(shì)高度契合，確實(shí)非常契合。

所以，在其他技術(shù)“靠不住”的情況下，目前，就由數(shù)字孿生獨(dú)自撐起了產(chǎn)業(yè)元宇宙的舞臺(tái)。

一位企業(yè)軟件市場(chǎng)的資深從業(yè)者告訴我們，工業(yè)元宇宙也是把多項(xiàng)技術(shù)融合在一起，但它的主干是數(shù)字孿生，只有數(shù)字化建模以后才能利用VR/AR做遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程的交付以及后項(xiàng)服務(wù)，利用市場(chǎng)上的很多開源引擎如Unity，和3D建模技術(shù)，就能實(shí)現(xiàn)物理模型的數(shù)字化建模。

數(shù)字孿生已經(jīng)在很多情景下應(yīng)用，問題也暴露了出來：

需求方面：不是所有實(shí)體都需要建模。

中國(guó)工程院李德仁院士曾說過，隨著元宇宙的火爆，數(shù)字孿生概念也隨之被熱捧。但不應(yīng)將二者混為一談，數(shù)字孿生是通過網(wǎng)絡(luò)空間的模擬、仿真等還原真實(shí)世界并影響現(xiàn)實(shí)生活，是要對(duì)地球負(fù)責(zé)的。

也就是說，建模不是目的，有價(jià)值的建模才是企業(yè)使用這項(xiàng)技術(shù)的目的。

數(shù)字孿生的核心價(jià)值，是“虛擬世界多次迭代，物理世界一次成功”，通過模擬來低成本試錯(cuò)，比如對(duì)飛機(jī)的模擬，測(cè)試氣壓、氣流、溫差給飛機(jī)機(jī)械構(gòu)造帶來的實(shí)時(shí)影響，預(yù)先感知到飛機(jī)故障；電廠礦山的模擬，需要及時(shí)分析、識(shí)別和優(yōu)化生產(chǎn)情況的情況，對(duì)意外情況實(shí)時(shí)預(yù)警，做到“治病于微發(fā)”。

這就要求數(shù)字孿生體不能是靜止的，要能實(shí)時(shí)體現(xiàn)物理場(chǎng)景的動(dòng)態(tài)演進(jìn)過程。

而在實(shí)際操作過程中，很多所謂的數(shù)字孿生項(xiàng)目，只是做了個(gè)一比一的3D模型而已，并不能反映實(shí)時(shí)變化。我走訪過一個(gè)水廠，將全市的建筑物、道路、自來水管道、調(diào)壓器等生產(chǎn)設(shè)備，進(jìn)行了數(shù)字孿生，用一個(gè)大屏幕呈現(xiàn)出來，但生產(chǎn)數(shù)據(jù)和設(shè)備信息都沒有實(shí)時(shí)更新，只在接待媒體的時(shí)候展示一下。

一位工業(yè)軟件行業(yè)從業(yè)者直言，工業(yè)+數(shù)字孿生，行業(yè)內(nèi)普遍的水平還只是借助于數(shù)據(jù)采集，借助于可視化，借助于3D建模，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的在線化，還沒有辦法實(shí)現(xiàn)虛實(shí)世界的雙向操控。

（數(shù)字孿生礦山）

效果方面：不是所有數(shù)字孿生都能保真。

某軟件服務(wù)商曾幫助長(zhǎng)三角某供應(yīng)鏈集群，通過工業(yè)元宇宙+工業(yè)大數(shù)據(jù)+工業(yè)云平臺(tái)等，建立一個(gè)區(qū)域內(nèi)的數(shù)字化制造產(chǎn)業(yè)地圖。方案執(zhí)行下去才發(fā)現(xiàn)，一方面企業(yè)并不愿意把數(shù)據(jù)分享出來，而且數(shù)據(jù)質(zhì)量是參差不齊的，一下子拿到這些數(shù)據(jù)，也不能直接應(yīng)用。

而數(shù)字孿生，要求的是盡可能逼真的映射和“表達(dá)”，只有數(shù)據(jù)準(zhǔn)確地反映物理實(shí)體的所有細(xì)節(jié)，模型高度仿真，才能為后續(xù)的分析、決策、預(yù)警提供精準(zhǔn)可靠的依據(jù)。

實(shí)際落地中，一些數(shù)字孿生系統(tǒng)僅僅是通過相機(jī)拍照或衛(wèi)星圖像，構(gòu)建的模型精度很低，外觀都做不到一比一復(fù)刻，只能看出一些粗略的示數(shù)，更無(wú)法映射一對(duì)多、多對(duì)一、多對(duì)多等多元化的對(duì)應(yīng)關(guān)系。這種低精度的模型，很難充分反映真實(shí)的物理情況，也無(wú)法讓多個(gè)數(shù)字孿生體在各種場(chǎng)景下進(jìn)行虛擬測(cè)試和反復(fù)迭代，因此實(shí)用價(jià)值并不高。

價(jià)值方面：投入產(chǎn)出比ROI無(wú)法保證。

投入大、收益小，是很多企業(yè)在應(yīng)用數(shù)字孿生之后才發(fā)現(xiàn)的。

投入體現(xiàn)在多個(gè)方面，數(shù)字孿生系統(tǒng)要存儲(chǔ)和分析傳感器感知或系統(tǒng)生成的所有數(shù)據(jù)，一個(gè)龐大工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)、城市交通系統(tǒng)，所需要的算力、存力、網(wǎng)絡(luò)能力都是驚人的。

我曾去過一個(gè)四線城市的工廠，在生產(chǎn)車間部署了高清智能攝像頭，但因?yàn)樵O(shè)備產(chǎn)生的圖像太大，廠房里的網(wǎng)絡(luò)卻沒有同步升級(jí)，帶寬不大，數(shù)據(jù)傳輸的時(shí)候非常卡，根本無(wú)法支持系統(tǒng)實(shí)時(shí)分析，最后這些攝像頭大部分時(shí)候都是關(guān)閉的。

而付出了如此大的成本，企業(yè)能得到的回報(bào)卻相對(duì)有限。

很多企業(yè)管理者和工程師能看到大屏幕上一堆數(shù)字在跑，但效率優(yōu)化的幅度非常有效。某汽車零部件制造企業(yè)，在生產(chǎn)線引入了數(shù)字孿生之后發(fā)現(xiàn)，設(shè)備開動(dòng)率只提升了5%，設(shè)備維護(hù)人力成本節(jié)約了13%。

所以數(shù)字孿生在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，被用于飛機(jī)制造、戰(zhàn)斗機(jī)維護(hù)、宇航員訓(xùn)練、汽車設(shè)計(jì)等領(lǐng)域，業(yè)務(wù)價(jià)值更大、物理實(shí)驗(yàn)昂貴、數(shù)據(jù)和知識(shí)積累深厚，而很多非數(shù)字原生企業(yè)，本身就基礎(chǔ)知識(shí)庫(kù)匱乏，數(shù)據(jù)質(zhì)量差，缺乏行業(yè)知識(shí)圖譜，引入數(shù)字孿生之后，全局?jǐn)?shù)據(jù)與業(yè)務(wù)場(chǎng)景的關(guān)聯(lián)不大，無(wú)法支持企業(yè)做出最佳決策。

盡管數(shù)字孿生在實(shí)際落地中的業(yè)務(wù)價(jià)值有限，但沒錯(cuò)過一個(gè)風(fēng)口。每次都能穩(wěn)穩(wěn)地蹭上新基建、AI產(chǎn)業(yè)化、云計(jì)算、元宇宙等概念的熱點(diǎn)，跟著火一把，這是怎么回事呢？

數(shù)字孿生“長(zhǎng)紅”體質(zhì)的幕后推手

智慧城市如火如荼，數(shù)字孿生城市火了；

新基建迎來風(fēng)口，數(shù)字孿生被工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)帶著一起飛升；

產(chǎn)業(yè)智能化方興未艾，數(shù)字孿生跟AI+云計(jì)算也能組cp；

元宇宙炸裂登場(chǎng)，虛實(shí)融合直接利好數(shù)字孿生。

這么一看，數(shù)字孿生確實(shí)是有點(diǎn)“紅命”在身上。為什么理想中完美的數(shù)字孿生并沒有普及，甚至有些數(shù)字孿生體并不靠譜，但它就是一直能夠?yàn)楫a(chǎn)業(yè)服務(wù)市場(chǎng)所接受呢？

如果把數(shù)字孿生看成是一個(gè)明星，它能一直“走花路”，背后有三個(gè)推手：

推手一：“時(shí)代”這名“導(dǎo)演”

都說“小紅靠捧，大紅靠命”，大時(shí)代從每個(gè)人身上碾過，恰好合它的眼緣，便將人的機(jī)遇往高送上一程。

數(shù)字孿生天生具有雙向通路的特質(zhì)，是連接物理世界與數(shù)字世界的橋梁。通過仿真運(yùn)行，可以由實(shí)到虛，在數(shù)字世界場(chǎng)景里實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的全域感知鏡像。具有管控操作的能力，可以以虛控實(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的全面監(jiān)控、有序管理和智能操控。

AI、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)為核心的新一代信息技術(shù)體系已經(jīng)集結(jié)完成，全球正式進(jìn)入了以智能化、數(shù)字化為牽引的第四次工業(yè)革命。工業(yè)4.0、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、智能制造……這些產(chǎn)業(yè)概念都明確提出了物理世界與數(shù)字世界的融合，所以只要它們被提到，被上升到科技戰(zhàn)略，就會(huì)帶動(dòng)數(shù)字孿生，賦予很多想象和可能性，吸引轉(zhuǎn)型期間的企業(yè)積極嘗試。

推手二：綜合服務(wù)商的“經(jīng)紀(jì)人”

大量云廠商、服務(wù)集成商，將數(shù)字化所需要的AI應(yīng)用、云算力、網(wǎng)絡(luò)能力、IoT、大數(shù)據(jù)、存儲(chǔ)、運(yùn)維等，通過大型解決方案的形式，相當(dāng)于“打包售賣”，一同交付給用戶。

這種整合模式，也讓數(shù)字孿生的各項(xiàng)成本大幅減少，比如數(shù)據(jù)全局化需要的存算力都放到云上，按量按需使用，與多個(gè)數(shù)字化軟硬件系統(tǒng)高度整合，加上集成服務(wù)商的定制化能力，使得數(shù)字孿生的業(yè)務(wù)價(jià)值前所未有地增大。

舉個(gè)例子，某企業(yè)服務(wù)商在打造園區(qū)數(shù)字化方案時(shí)，就在橫向，借助于BIM+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)+數(shù)字孿生，把物理空間的園區(qū)數(shù)字化；縱向，把產(chǎn)業(yè)鏈上下游包括數(shù)據(jù)集成到系統(tǒng)集成，打造端到端的服務(wù)平臺(tái)，這個(gè)數(shù)字化底座支持?jǐn)?shù)據(jù)孿生實(shí)現(xiàn)更可靠更高效的操作。

與相關(guān)技術(shù)的配套拓展、深入融合，讓數(shù)字孿生的應(yīng)用落地有了綜合優(yōu)勢(shì)。

推手三：產(chǎn)業(yè)客戶“金主”

今天通過云來進(jìn)入數(shù)字化能力的產(chǎn)業(yè)用戶，有多少呢？可以看到，城市管理、礦產(chǎn)能源、工業(yè)制造等這些非數(shù)字原生的“重型企業(yè)”，需要通過云來接入AI等技術(shù)，降本增效。和互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)相比，這些“金主”的生產(chǎn)制造活動(dòng)都是在物理空間進(jìn)行的，產(chǎn)品、裝備、產(chǎn)線、工廠、建筑、道路都可以構(gòu)建數(shù)字孿生模式，推動(dòng)數(shù)據(jù)融合，釋放數(shù)據(jù)價(jià)值，虛實(shí)融合的需求與智能化需求相疊加。此外，產(chǎn)業(yè)客戶一般采用POC（Proof of Concept）項(xiàng)目建設(shè)模式，數(shù)字化工程的周期長(zhǎng)、分步驟進(jìn)行，先劃定業(yè)務(wù)場(chǎng)景或?qū)嶒?yàn)對(duì)象，小范圍地導(dǎo)入和實(shí)施，驗(yàn)證系統(tǒng)方案是否滿足需求，再向前推進(jìn)。

數(shù)字化大屏的“一盤棋”“一張網(wǎng)”“一張圖”對(duì)全局?jǐn)?shù)據(jù)三維立體建模，用可視化的方式呈現(xiàn)出來，讓人們能夠看得見“數(shù)字化”的效果，為下一階段業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)化、決策智能化提供支撐。這種交付模式也是比較利好數(shù)字孿生技術(shù)的。

可以說，數(shù)字孿生能夠持續(xù)紅下去，既有時(shí)也運(yùn)也的幸運(yùn)，也與中國(guó)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的趨勢(shì)有關(guān)。

也正如此，數(shù)字孿生在中國(guó)的落地應(yīng)用，不像傳統(tǒng)工業(yè)軟件的商業(yè)模式，有兩個(gè)特點(diǎn)：

一是與服務(wù)的高度捆綁。企業(yè)開展數(shù)字孿生的目的是提高核心競(jìng)爭(zhēng)力，數(shù)字孿生要為降本增效提質(zhì)而服務(wù)，與數(shù)字化轉(zhuǎn)型方法論的咨詢服務(wù)一起，整體上盤點(diǎn)整個(gè)業(yè)務(wù)的狀況，幫企業(yè)做好規(guī)劃，然后提供解決方案，最終在交付過程中不斷迭代優(yōu)化，這樣才能保障數(shù)字孿生對(duì)企業(yè)是有價(jià)值的，避免盲目追求高大上的可視化效果，為了數(shù)字孿生而數(shù)字孿生。

二是高度垂直的定制化。產(chǎn)業(yè)服務(wù)的細(xì)分領(lǐng)域很多，有很強(qiáng)的行業(yè)know-how的壁壘，比如工業(yè)領(lǐng)域，流程制造和離散制造就是兩個(gè)截然不同的行業(yè)。離散制造企業(yè)，數(shù)字戰(zhàn)略優(yōu)先級(jí)最高的是利用物聯(lián)網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)設(shè)備上云，其次才是設(shè)備維護(hù)、維修備品等功能，這就要求數(shù)字孿生系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備狀態(tài)和行為高保真度的數(shù)字化表征。而流程制造企業(yè)，非常注重生產(chǎn)的連續(xù)性，數(shù)字孿生的首要價(jià)值是保障安全生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)全幀互聯(lián)，構(gòu)建整合制造流程的生產(chǎn)系統(tǒng)模型，進(jìn)行運(yùn)行全過程的監(jiān)控和故障診斷?？偟膩碚f，工程師要針對(duì)不同的行業(yè)不同的制造環(huán)境、不同的產(chǎn)品需求來制定數(shù)字孿生的目標(biāo)。

寫在最后，我們可以看到，任何技術(shù)的生命力，都不僅僅是因?yàn)樗渖狭耸裁礋狳c(diǎn)，跟上了哪個(gè)風(fēng)口，而是給業(yè)務(wù)帶來的真實(shí)價(jià)值。產(chǎn)業(yè)元宇宙也好，數(shù)字孿生也好，不要過度夸大和想象這些新概念、新工具的價(jià)值。

產(chǎn)業(yè)數(shù)字化沒有“金手指”，不可能光憑一個(gè)或幾個(gè)技術(shù)就能一路坦途；產(chǎn)業(yè)數(shù)字化也有無(wú)限可能，讓還不成熟的技術(shù)擁有機(jī)會(huì)，將看似不可能的事情變成可能。數(shù)字孿生的產(chǎn)業(yè)掘金之路剛剛開始，希望你也是。