大家可能對(duì)《黑客帝國(guó)》或者《模擬人生》游戲中的數(shù)字孿生場(chǎng)景記憶猶新。如今，云基礎(chǔ)設(shè)施、邊緣計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、分布式數(shù)據(jù)管理平臺(tái)和機(jī)器學(xué)習(xí)能力的迅猛發(fā)展，已經(jīng)讓數(shù)字孿生從科幻作品轉(zhuǎn)化成更趨主流的真實(shí)業(yè)務(wù)功能。

但要想在企業(yè)之內(nèi)落地?cái)?shù)字孿生，技術(shù)人員首先需要跨越鴻溝，更好地理解自己的業(yè)務(wù)和運(yùn)營(yíng)技術(shù)體系。Syntax公司數(shù)據(jù)管理與創(chuàng)新合作伙伴Jens Beck表示，“CIO和IT領(lǐng)導(dǎo)者們必須意識(shí)到，OT是一個(gè)不同于IT的世界，而完美的數(shù)字孿生必須能將兩者結(jié)合起來(lái)。”

長(zhǎng)久以來(lái)，企業(yè)一直將OT和IT分別對(duì)待，但如今的制造業(yè)、建筑業(yè)、零售業(yè)等需要打通物理與數(shù)字兩端通道的公司必須努力將二者統(tǒng)一起來(lái)。數(shù)字孿生正是實(shí)現(xiàn)這種連接的手段，掌握著優(yōu)化生產(chǎn)、提高質(zhì)量的鑰匙。更重要的是，利用真實(shí)數(shù)據(jù)配合機(jī)器學(xué)習(xí)來(lái)改進(jìn)產(chǎn)品、服務(wù)和業(yè)務(wù)流程，也將帶來(lái)以往難以想象的戰(zhàn)略收益。

下面，我們將分享與各領(lǐng)域?qū)＜业慕涣餍牡茫偨Y(jié)出嘗試建立數(shù)字孿生時(shí)需要完成的七個(gè)初始步驟。

1、研究部署

在集思廣益并深入探索任何一個(gè)新的技術(shù)領(lǐng)域之前，我們首先應(yīng)當(dāng)研究早期采用者的業(yè)務(wù)狀況、用例和收益。對(duì)于數(shù)字孿生，這項(xiàng)技術(shù)在制造、建筑、醫(yī)療保健等領(lǐng)域已經(jīng)不乏現(xiàn)實(shí)案例，甚至包括人腦本身。

希望在新興技術(shù)領(lǐng)域有所作為的領(lǐng)導(dǎo)者，需要收集這些故事來(lái)營(yíng)造探索熱情。這些故事在鼓舞人心之余也能指明潛在的發(fā)展方向，并以務(wù)實(shí)的態(tài)度用業(yè)務(wù)成果吸引支持者。如果您的直接競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手已經(jīng)成功部署了數(shù)字孿生，那么援引對(duì)方的用例也能給公司內(nèi)部帶來(lái)緊迫感。

2、找到改變游戲規(guī)則的機(jī)會(huì)

數(shù)字孿生的實(shí)現(xiàn)成本非常昂貴。例如，一支研究小組為一棟商業(yè)辦公樓開(kāi)發(fā)數(shù)字孿生的成本約在120萬(wàn)到170萬(wàn)美元之間。因此在開(kāi)發(fā)數(shù)字孿生之前，團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)當(dāng)明確記錄產(chǎn)品愿景、考慮業(yè)務(wù)原理并估算財(cái)務(wù)收益。

有時(shí)候，能夠改變游戲規(guī)則的方案更能成功吸引投資。TCS首席信息官Abhijit Mazumder就分享了一個(gè)安全，“2020年，TCS與地方上一家非政府組織合作，希望解決COVID-19疫情帶來(lái)的問(wèn)題。企業(yè)數(shù)字孿生能夠模擬整個(gè)過(guò)程，預(yù)測(cè)影響疫情傳播的因素——包括病毒特征、人口異質(zhì)性和流動(dòng)模式。城市的數(shù)字孿生相當(dāng)于「計(jì)算機(jī)模擬」性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)，能夠在不損害公共健康和安全的情況下，幫助探索出有效的干預(yù)措施。”

3、考慮生命周期管理

數(shù)字孿生的開(kāi)發(fā)需要時(shí)間和成本，更需要持續(xù)支持以確保模型能始終交付準(zhǔn)確的結(jié)果。John Snow Labs首席技術(shù)官David Talby就分享了探索數(shù)字孿生前需要掌握的三項(xiàng)基本原則：

• 有明確的業(yè)務(wù)用例——不要為了搞技術(shù)而搞技術(shù)；
• 確保模型、服務(wù)或模擬中的數(shù)字孿生群體，真正對(duì)應(yīng)現(xiàn)實(shí)世界中的人群；
• 準(zhǔn)備好MLOps工具集，快速可靠地實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生模型的開(kāi)發(fā)和部署。

Talby的主要建議是預(yù)先考慮到整個(gè)生命周期中的各項(xiàng)要素，特別是用于支持機(jī)器學(xué)習(xí)模型和設(shè)備自動(dòng)化部署的功能。

4、運(yùn)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)工具

在設(shè)計(jì)好業(yè)務(wù)案例和生命周期之后，團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)當(dāng)考慮使用哪些工具開(kāi)始自己的計(jì)劃和實(shí)驗(yàn)。IndustrialML公司CEO Arjun Chandar建議使用CAD軟件或仿真工具，“立足設(shè)計(jì)工程開(kāi)展數(shù)字孿生試驗(yàn)，并估算物理環(huán)境對(duì)新產(chǎn)品的影響。”

下面來(lái)看專業(yè)領(lǐng)域中常用的系統(tǒng)設(shè)計(jì)工具示例：

• Autodesk數(shù)字孿生，用于建筑、工程和結(jié)構(gòu)；
• Bentley基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字孿生，用于信號(hào)塔和供水系統(tǒng)等；
• 通用電氣數(shù)字孿生，用于設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)和制造流程；
• 西門子數(shù)字孿生，用于消費(fèi)品的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和制造；
• 博世數(shù)字孿生，用于智能建筑，包括空間管理和預(yù)測(cè)性維護(hù)。

這還只是其中幾個(gè)例子。對(duì)于從事數(shù)字孿生工作的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，熟悉運(yùn)營(yíng)團(tuán)隊(duì)所使用的工業(yè)平臺(tái)將是非常重要的一課。

5、定義使用者和機(jī)會(huì)空間

當(dāng)技術(shù)人員著手推進(jìn)一項(xiàng)技術(shù)計(jì)劃時(shí)，首先需要確定誰(shuí)是最終用戶、最終平臺(tái)供誰(shuí)使用。IT領(lǐng)導(dǎo)者則應(yīng)定義誰(shuí)能從數(shù)字孿生中受益最多，而且通常來(lái)講主要受益者應(yīng)該是從事運(yùn)營(yíng)工作的人員。

Beck表示，“數(shù)字孿生的主要功能在于合并OT/IT數(shù)據(jù)，并在必要時(shí)通過(guò)數(shù)據(jù)分析或AI/機(jī)器學(xué)習(xí)將這些數(shù)據(jù)集融入上下文。但它的真正力量，是讓工程師、維護(hù)人員和其他技術(shù)人員等OT端成員能夠檢索數(shù)據(jù)點(diǎn)，畢竟只有他們才完全理解這些數(shù)據(jù)點(diǎn)。”

下一步則是了解使用者的角色，確定他們的工作流程和操作中有哪些部分能從數(shù)字孿生的數(shù)據(jù)收集、機(jī)器學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)和場(chǎng)景規(guī)劃中受益。

Chandar解釋道，“在制造和運(yùn)營(yíng)方面，IT領(lǐng)導(dǎo)者可以為其物理生產(chǎn)區(qū)域建模以模擬產(chǎn)品流程，也可以對(duì)組裝或物流步驟建模以將新產(chǎn)品組合在一起。所有這些用例都可以擴(kuò)展，由生成式AI補(bǔ)充傳統(tǒng)的有限元分析機(jī)制，并以虛擬方式測(cè)試新產(chǎn)品。在實(shí)際部署工廠生產(chǎn)線之前，可以對(duì)新產(chǎn)品的生產(chǎn)流程進(jìn)行數(shù)字化分析和模擬，并為所有制造流程建立起數(shù)字版本的表示。”

6、構(gòu)建可擴(kuò)展的數(shù)據(jù)平臺(tái)

數(shù)字孿生將生成PB甚至更大規(guī)模的數(shù)據(jù)，必須保護(hù)和分析好這些數(shù)據(jù)，并借此維護(hù)機(jī)器學(xué)習(xí)模型。其中一大關(guān)鍵架構(gòu)考量，就是設(shè)計(jì)出用于收集物聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流的數(shù)據(jù)模型和流程，同時(shí)輔以數(shù)字孿生端的數(shù)據(jù)管理架構(gòu)。

TigerGraph公司等來(lái)解決方案負(fù)責(zé)人Harry Powell表示，“在為中等規(guī)模的組織創(chuàng)建數(shù)字孿生時(shí)，需要厘清數(shù)百萬(wàn)個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)和相互關(guān)系。要查詢?cè)摂?shù)據(jù)，則須遍歷或跳過(guò)數(shù)十個(gè)鏈接，理解數(shù)千個(gè)對(duì)象間的關(guān)聯(lián)。”

不少數(shù)據(jù)管理平臺(tái)都支持實(shí)時(shí)分析和大規(guī)模機(jī)器學(xué)習(xí)模型。但是，用于模擬數(shù)千甚至更多實(shí)體（例如制造組件或智能建筑）行為的數(shù)字孿生還需要能夠查詢實(shí)體及其相互關(guān)系的數(shù)據(jù)模型。

Powell表示，“目前，企業(yè)正在使用圖數(shù)據(jù)庫(kù)創(chuàng)建數(shù)字孿生，用以支持各種運(yùn)營(yíng)分析并收集具備可操作性的及時(shí)商業(yè)情報(bào)。具體的數(shù)字模型構(gòu)建可以較為宏觀，只包含業(yè)務(wù)中最重要的組成部分，例如整個(gè)工廠、倉(cāng)庫(kù)和供應(yīng)線；也可以比較細(xì)化，涵蓋廠區(qū)內(nèi)的單一設(shè)備、貨架和運(yùn)送卡車。”

7、培養(yǎng)云與新興技術(shù)能力

要想構(gòu)建數(shù)字孿生平臺(tái)、集成來(lái)自無(wú)數(shù)物聯(lián)網(wǎng)傳感器的數(shù)據(jù)并打造可擴(kuò)展的數(shù)據(jù)平臺(tái)，首先需要確保IT部門具備大規(guī)模技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施的核心部署能力。在IT團(tuán)隊(duì)考慮用例并試驗(yàn)數(shù)字孿生功能的同時(shí)，IT領(lǐng)導(dǎo)者就必須考慮到生產(chǎn)級(jí)數(shù)字孿生所需要的云、基礎(chǔ)設(shè)施、集成和設(shè)備方案。

Beck對(duì)配套基礎(chǔ)設(shè)施提出了這樣的建議，“為了擴(kuò)展數(shù)字孿生，IT負(fù)責(zé)人應(yīng)該相對(duì)傾向選擇云平臺(tái)，同時(shí)繼續(xù)保留一部分邊緣技術(shù)，例如超大規(guī)模設(shè)施、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備管理和數(shù)據(jù)科學(xué)等。”

除了基礎(chǔ)設(shè)施之外，Mazumder還建議發(fā)展能力以支持新興設(shè)備和分析能力。“數(shù)字孿生的成功，離不開(kāi)強(qiáng)大的數(shù)字核心、離不開(kāi)AI/機(jī)器學(xué)習(xí)和AR/VR等云原生應(yīng)用的支持。無(wú)論具體選擇哪種基礎(chǔ)設(shè)施，這一切都將成為組織處理數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)應(yīng)用功能的關(guān)鍵。”

總結(jié)

數(shù)字孿生擁有巨大潛力，但此前缺乏先進(jìn)技術(shù)能力的企業(yè)一直無(wú)法滿足其規(guī)模性與復(fù)雜性要求。如今情況開(kāi)始變化，積極學(xué)習(xí)并主動(dòng)與運(yùn)營(yíng)部門開(kāi)展合作的IT領(lǐng)導(dǎo)者，將有機(jī)會(huì)為組織帶來(lái)前所未有的數(shù)字孿生能力。