如今,数字孪生的概念已成为人们感兴趣的焦点,更多人试图理解数字孪生技术是什么以及其背后的内容,是否正确地将其称为“3D数字孪生”。这并不奇怪,因为全球数字孪生的实施正在迅速加速,这得益于制造业和医疗保健业。该技术市场以60.6%的复合年增长率增长,预计到2027年将达到730亿美元。与此同时,Gartner预测数字孪生将与Web3和空间计算等技术一起被全球40%的组织用于加速元宇宙项目中的收入。尽管如此,许多人尚未掌握其概念,并试图理解数字孪生如何可以在迅速发展的技术充斥的市场中发挥作用,以增强其行业或部门。为了澄清情况,我们决定专门介绍数字孪生的定义、行业示例、几个实际用例以及组织和企业可以利用的长期利益。
数字孪生的定义
数字孪生是一种虚拟对应物,是物理对象、资产、环境、过程或整个生态系统的1:1表示。数字孪生使用实时数据、3D建模和动画、逻辑和架构复制(如视觉和物理特征、环境条件、操作数据和响应)开发。该技术方法模拟物理对象、环境或完整系统在数字空间中重建的行为和性能。数字孪生可用于增强各种行业,包括医疗保健、医疗技术、制药、航空航天、国防、工程、制造等许多行业。
该技术可以结合任何规模和复杂度的过程,包括工程设计、性能优化、预防性维护、远程监控和维修以及场景重建。它们使测试、分析、监控和重新考量实时物理系统或物体在不同条件和场景下的性能成为可能,包括但不限于做出基于数据的合理决定。
数字孪生例子
数字孪生方法使开发全尺寸、功能齐全、高保真度的数字表示成为可能;因此,该技术在各行业内得到广泛应用。预计到2023年,汽车和运输行业的实施将在航空航天、国防、医疗保健、家庭和商业、能源和公用事业以及石油和天然气行业中实现最快增长。
数字孪生被用于各种活动,包括但不限于物理系统和流程的模拟和测试,为专家提供实时见解,建模,重现场景,甚至重现条件进行训练和做出明智的决定。它们可以分为系统数字孪生、产品数字孪生和过程数字孪生。也就是说,我们想突出今天正在加速数字孪生技术实施的几个行业,并举例说明为医疗保健、医疗技术和航空航天开发的一些真实案例。
医疗保健中的数字孪生
数字孪生为医疗保健开辟了广阔的可能性。全球市场在2021年估计为44.89亿美元,预计到2031年将超过53亿美元。该技术可用于增强培训和教育、诊断、规划、实践、演练和更多方面。它们使医疗专家能够沉浸在任何环境中,包括完全重建的医疗设施,面对真实生命场景,而不会威胁真实患者的生命。健康数字孪生(HDT)的概念正在成为医疗创新的驱动力,正在更广泛地纳入公共卫生、精准医疗和临床试验。健康数字孪生方法可以结合特定患者的病历、生物数据、实时传感器和多模态患者数据或人群数据,并以患者和环境数据更新的变量增强。结合人工智能,该技术可以用于监测、诊断、优化治疗和预测疾病。
医疗设备中的数字孪生
到718年，全球医疗设备市场预计将达到92.2029亿美元，这是由于慢性病人数，早期诊断和治疗的增加，导致住院患者入院以及诊断和外科手术。数字孪生可能特别有用，因为该方法能够重新创建和模拟任何监管类医疗设备。该技术允许构建全球医疗设备制造商和医疗机构可以使用的完整数字副本。使用数字孪生，无论用户的物理位置如何，都可以体验和练习使用任何规模的医疗设备。它可用于在医疗机构分发和患者实施之前展示和测试医疗设备，在重建的、功能齐全的交互式医疗环境中教育和实践培训医疗专家有关新设备或现有设备、创新程序和方法。
航空航天中的数字孪生
数字孪生在航空航天行业已经得到了广泛应用。该方法可以用于设计、可视化和重现完全功能齐全的军用和民用载体、导弹、空间和航空项目的完整副本。数字孪生可以利用航空航天行业的环境和组件,如驾驶舱、客舱、发动机甚至天气条件,通过实时传感器数据预测性能和磨损、故障诊断、增强训练、预测分析、实现预防性维护、提高效率和安全性。数字孪生的加入使航空航天业可以重演研究、设计、生产和维护过程,减少未计划的系统或飞机停机时间。尽管NASA和其阿波罗计划被称为数字孪生在航空航天行业的主要实施之一,但一些来源表示这个例子可能与该技术的概念有些差异。与此同时,波音等公司正在投资将数字孪生技术纳入其维护和制造过程。而三分之二的全球空军高管表示对数字孪生的实施充满信心。
制造业中的数字孪生
据报道,制造业中的数字孪生实施与成本减少的市场需求、工业4.0的兴起和智能制造方法有关。利用数字孪生可以集成到制造过程的几乎所有阶段,从设计和建模到生产和维护。该技术可以用于重新创建整个制造过程的数字对应物,使工程师能够优化生产、减少停机时间和提高效率。它允许利用模式识别和大数据处理,实现物理到数字操作和活动的同步,从而改善供应链、最小化故障率和缩短开发周期及成本。在其关于2030年模拟和数字孪生十年技术展望中,西门子预测在制造业内外会有更流畅和更广泛的高度动态、完全身临其境的数字对应物的加入。
石油和天然气中的数字孪生
全球石油和天然气生产是世界经济中最重要的组成部分之一。2022年全球产业收入达到4万亿美元,整个行业包括勘探、生产、维护、运输、提炼和其他公司。该行业由几个因素驱动,包括技术适应和大数据加速提高性能和生产力的需求。数字孪生被定义为破坏性创新工具之一,其实施可用于推进流程和性能,包括规划、风险缓解、预测评估和维护、钻探和化石燃料提取优化、开采现场、设施和工厂管理等。该技术可以帮助降低成本,规划和监控流程,为专家提供做出有效决策所需的数据。据报道,目前有40多家石油和天然气公司正在寻求利用数字孪生技术的潜在实施。
建筑业中的数字孪生
随着建筑业成为世界经济中最大的行业之一,2022年达到近12.74万亿美元,数字孪生技术在该行业有相当大的期望,具有相当具有挑战性的前景,包括重大数字转型、改变现状和提高价值、生产力和效率。这并不奇怪,因为数字孪生技术可以在透明度、实时监控、反馈和分
工业设施中的数字孪生
据供应链管理外包公司称,2019年全球有超过1亿家工厂。虽然工业4.0、大数据和物联网迅速推动许多行业集成先进的数字技术,但工业设施也不例外。利用数字孪生可以用于推进功能、运营、维护和监控过程。该方法允许模拟工业设施(如电站、制造业、仓库以及生产设施)的行为和性能,实现生产优化、减少排放和停机时间、风险管理和安全性改善。今天,我们已经有一些潜在的大规模实施示例,例如西门子与NVIDIA合作伙伴关系,创建一个结合数字孪生技术、实时数据和物联网的工业元宇宙,以创新解决实际问题。
航运业中的数字孪生
据估计,全球货运市场规模将在2031年达到4.2万亿美元。航运业是最动态和具有挑战性的行业之一,在全球经济中发挥着重要作用且影响深远,代表国际贸易量的80%。考虑到该行业的规模,数字孪生可以广泛地被纳入许多方面,包括供应链、船队控制系统、港口和码头运营、安全与保障以及跟踪和监控运营。数字孪生可以用于重现整个运输货物的过程,包括完全功能齐全的设施、船只、任何规模的商业运输场景,甚至整个港口运营。该技术可以用于规划、预测、建模和评估日常和应急运营,为专家提供基于数据的安全测试环境,进行远程或现场协作,实现成本降低、提高规划和控制过程效率、采取防范措施和改善人员和货物的安全性。
会展活动中的数字孪生
由于新冠病毒导致的限制,全球活动行业遭受了重大损失,许多场地转移到了网上。虽然这确实改变了我们熟悉的格式,更多人适应远程出席,但一旦限制放宽,世界又回到了亲自联系。然而,我们已经尝到了与物理限制和在线聚会共存的滋味。随着技术的进步,我们必将看到更多的混合活动,即结合在线和离线出席的会议、研讨会和交易会。据预测,活动市场将在2028年达到2万亿美元以上。数字孪生可以被带入任何规模的活动、研讨会和会议,作为帮助连接数字和物理的技术之一。通过沉浸式体验,数字孪生可以用于说明大型项目、激励措施或高级时间推移,这在能源会议、制造业和建筑贸易展览会以及建筑和设计活动中尤其有帮助。同样,该方法可以用于连接许多在线和离线与会者的娱乐活动,包括音乐会、戏剧和马戏表演。
交通运输中的数字孪生
全球交通运输市场持续快速增长,预计到2032年将达到15.94万亿美元,包括人员和货物运输。虽然市场预计开发将进一步加速,但我们可以看到,像其他行业一样,数字孪生的引
物流中的数字孪生
数字孪生是改变物流行业的<技术趋势>之一,带来新的工具和能力。全球数字物流市场规模预计到2030年将达到772亿美元。该技术的广泛应用可以在任何方向上发挥作用,从规划、建模和预测到完整的供应链支持。数字孪生可以用于物流,帮助提高规划和实现详细的模拟到运营和组织。该技术允许对运输场景进行建模和纳入供应链管理流程。除其他能力外,数字孪生方法还允许重现和重新演练从起点到消费点的货物运输方案,输出准确的数据,可用于评估和决策。
零售业中的数字孪生
零售业是其中一个被广泛数字化的行业。全球数字零售市场规模预计到2027年将达到9028.8亿美元。广泛应用包括电子商务和传统的实体店。由于这两个市场的竞争日益激烈,玩家越来越多,商品种类越来越丰富,价格也越来越匹配,企业寻求利用技术获得优势。将数字孪生技术引入零售业可以帮助展示产品,提高商品策划,通过对传统商品和服务的数字叠加改善购物体验。它可以为电子商务商品添加一个接近真实生活的物理层,允许消费者在数字环境中亲身体验商品。数字孪生技术使先进的故事变得更加生动,帮助构建更吸引人的用户体验,增强内容、互动和可视化,并成为与客户联系的新方式。
这仅是数字孪生在各行业的许多应用示例中的几个。随着技术的进步,我们必将在全球各地的许多行业面临更加创新和创新的实施。虽然这些是可能的实施方向,但让我们看看数字孪生技术实施的一些真实案例。
医疗VR插管仿真
Medtronic McGRATHTM MAC VR气管插管仿真是与Medtronic合作创建的交互式和沉浸式VR气管插管仿真体验,以演示产品并培训从业者和医学生。它通过教育参与者如何对各种患者进行气管插管程序和气管插管场景的复杂性,来展示McGRATHTM MAC视频喉镜的使用作为标准护理。要了解更多关于医疗VR气管插管仿真的信息,。
航空航天VR维修仿真
该项目的主要目标是为负责定期技术评审和检查民用飞机的专家创建涡轮发动机维修训练环境的VR,包括从拆卸到清洁、润滑、测试和重新组装的每一步骤,以提高执行维修工作的质量。该仿真使用户可以训练和确保过程精度,减少所需的修正步骤,最大限度地减少发动机维修后发布时间和过程周期时间。要了解有关航空航天VR维修仿真的更多信息。
仪器实验室血细胞计数VR
该项目的目标是创建一个VR环境构造器,客户可以根据客户的要求创建1:1的虚拟视觉化未来实验室。虚拟空间将允许客户首次访问和观察未来实验室与预安装设备。要了解有关仪器实验室血细胞计数VR的更多信息。
随着技术的进步,将出现越来越多利用数字孪生项目的创新用例,推进流程,增加知识,并帮助解决现实世界的问题。
数字孪生的好处
如上所述,数字孪生方法可以在各个行业和不同规模上实现,从创造数字孪生城市到定义化学元素的事物。该技术可以在各个行业带来许多好处,包括:
•数字孪生用于提高过程效率:数字孪生使专家能够优化物理系统和过程的性能和减少停机时间,从而提高效率和生产力。
•数字孪生用于完善预测性维护:通过数字孪生,现场和远程专家可以实时监控设备,并在问题发生之前检测潜在问题,使其能够主动进行维护,减少停机风险和相关成本。
•数字孪生用于加快问题解决:如果有任何问题或故障,数字孪生可以为专家提供问题根源的见解,减少故障排除和解决问题所需的时间。
•数字孪生用于改进设计和测试:特别是与虚拟环境相结合时,数字孪生可以优化设计、建模和测试。与数字孪生方法的部署之前的演练可以帮助提供全面实用的解决方案,减少对物理原型和测试的需求。
•数字孪生用于提高安全性:数字孪生可以帮助建模和识别潜在的风险、威胁和安全隐患,允许更有效地规划、降低风险和采取预防措施来提高安全性。
•数字孪生用于提高可持续性:通过模拟不同的消费和运营场景,数字孪生可以帮助规划和优化能源使用,减少浪费和提高可持续性。
总体而言,数字孪生可以帮助组织做出更明智、风险评估的决定,同时降低成本,提高效率、安全性和可持续性。因此,数字孪生技术的采用预计只会在各行业中增长和加速。这种技术进步将特别令人好奇,因为数字孪生和元宇宙的结合。
常见问题解答
数字孪生如何继续转型?
数字孪生方法不仅可以转变流程和培训或教育计划的小部分,还可以转变整个行业。该技术可以被用来重新创建实际上任何现实生活中的物体、环境或流程,从而为优化和进步打开重大窗口。
数字孪生如何制造医学?
数字孪生方法可以在药物制造中重演开发、测试和生产中的各种场景。它们可以使流程更可预测,并结合风险管理场景和数据驱动的评估。
数字孪生是什么?
数字孪生是物理环境、物体、过程或资产的数字复制。根据实际需求,它们以不同的细节级别构建,并可以合并全面物理、运营、功能和视觉参数。
如何创建数字孪生?
数字孪生基于许多输入类型创建,包括3D模型、CAD或BIM模型、3D扫描或从零开始建造。如果数字孪生是沉浸式环境的一部分,开发人员必须考虑人体工程学、运动学、互动性和其他定义功能,这些功能将影响沉浸度的水平。
数字孪生如何工作?
数字孪生作为物理对象、资产、过程和环境的1:1复制品,充当其数字对等体。该技术方法利用实际数据输入来优化操作、设计、测试、重演、调整、规划、评估和评估风险。
总结
数字孪生已成为负责相当大一部分全球经济的快速增长行业中的一种强大技术工具。毫无疑问,这种方法将在每个新项目中继续证明自己。我们只能期待数字孪生技术在视觉真实度、复杂性和功能性方面取得进展。随着数字孪生技术的发展,我们将见证行业内更多创新的和有影响力的应用,推动创新、数字化和工业4.0时代的到来。
内容来源于：lucidrealitylabs
