數位分身(Digital Twin)是物件、製程和系統的即時表示,可以幫助組織監控運作、執行預測性維護(Predictive Maintenance)和改進製程。
文/Thor Olavsrud‧譯/酷魯
首先,數位分身的定義:它是物件、製程和系統的即時、虛擬表示。雖然數位分身可以代表純粹的數位事物,但它們通常扮演實體領域和數位領域之間的橋樑角色。例如,數位分身可以提供工廠運作、通訊網路或物流系統中包裹流的數位視圖。
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「數位分身的落實,是一個能映射出獨特實體物件、製程、組織、人員或其他抽象化的封裝軟體物件或模型,」Gartner 表示。「來自多個數位分身的資料,可以聚合成跨多個真實世界實體(例如發電廠或城市)及其相關製程的複合視圖。」
數位分身的好處
這些實體操作的虛擬複製可以幫助組織監控運作、執行預測性維護,並為資本收購決策提供洞察力。它們還可以幫助組織模擬一些太過耗時或昂貴而無法透過實體資產進行測試的場景,亦可協助建立長期商業計畫、識別新發明並改進製程。
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根據數位產品工程公司GlobalLogic 的說法,數位分身提供了以下5項關鍵優勢:
- 加快風險評估和生產時間。數位分身可以幫助公司在產品問世之前對其進行虛擬測試和驗證。工程師可以使用它們來識別製程失效(Process Failure)。
- 預測性維護。組織可以使用數位分身主動監控設備和系統,以便在它們發生故障之前排定維護保養作業,進而提高生產效率。
- 即時遠端監控。使用者可以遠端監控和控管系統。
- 更好的團隊協作。GlobalLogic強調指出,製程自動化和系統資訊的24×7全天候存取,讓技術人員可以將更多時間集中在協同運作上。
- 更好的財務決策。透過整合財務數據,組織可以透過數位分身做出更好、更快的調整決策。
數位分身技術
根據系統整合商SL Controls的說法,數位分身由三個主要元素組成:
- 歷史資料,有關機器、製程和系統過往效能的相關數據。
- 即時資料。數位分身接收來自設備感測器的持續更新,以及來自諸如製造設備、客戶服務和採購等平台和系統的輸出。
- 未來資料。這包括機器學習和工程師的輸入。
根據IBM指出,當前所使用的各種類型數位分身,很大程度上會隨其應用領域的不同而有所不同:
- 組件分身/零件分身。這些是數位分身的基本單元。在此分身代表了一個組件或零件的實體、機械和/或電子特性。
- 資產分身。資產是彼此協同運作的兩個或多個組件。這些分身代表了組件之間的互動,以創建效能數據。
- 系統或單元分身。這些分身反映了構成系統或單元的資產互動。
- 製程分身。這些分身代表了系統協同運作的方式。例如,一個製程分身可能代表整個生產設施。
數位分身與模擬
數位分身可以被視為對實體物件和製程的模擬,但數位分身的不同之處在於即時更新。
系統整合商SL Controls表示,模擬允許工程師對實體資產進行測試和評估,但模擬是靜態的。這取決於工程師輸入新的參數。數位分身從實體資產、製程或系統接收即時更新,允許工程師使用真實世界的條件來執行測試、評估和分析工作。
數位分身範例
許多企業組織早已使用數位分身來改善他們的業務。
- 勞斯萊斯提高噴射引擎效率:跨國航太暨國防公司勞斯萊斯已部署數位分身技術來監控其生產的引擎。該公司可以監控每台引擎的飛行方式、飛行狀況,以及飛行員如何使用它。勞斯萊斯透過數位分身來為特定引擎提供量身定制的服務計畫。
- 美商瑪氏最佳化自家供應鏈:糖果、寵物照護暨食品公司瑪氏(Mars)建立了自家製造供應鏈的數位分身,以支援自己的業務。該公司正在使用該技術來提高產能和流程控制,包括透過預測性維護來提升機器的正常運行時間,並減少與機器包裝不一致之產品數量相關的浪費。
- TIAA 降低了客戶服務的複雜性:「教師保險年金協會─大學退休權益基金」(Teachers Insurance and Annuity Association of America-College Retirement Equities Fund, TIAA)正在使用數位分身來降低新機構客戶入會的複雜性。TIAA的數位分身使用產品詮釋資料(Metadata)、運作流程、重疊的相互依賴關係和商業規則來驗證計畫營運商的服務計畫選擇。
- 拜耳作物科學透過虛擬工廠重塑策略:拜耳作物科學公司(Bayer Crop Science)在北美的9個玉米種子生產基地都建立了「虛擬工廠」。這些虛擬工廠堪稱是九個生產基地中每個場域設備、流程和產品流特性、物料清單和作業規定的動態數位表示。除了提供即時的運作視圖外,虛擬工廠還允許拜耳執行「假設性」分析,該公司可用該分析來分析新戰略、制定資本購買決策、建立長期商業計畫並改進流程。
數位分身軟體
數位分身軟體平台囊括了物聯網感測器資料和其他資料來監控資產效能和運行模擬。專業顧問Ian Skerrett表示,可擴展數位分身平台具備6個關鍵特性:
- 管理數位分身生命週期。Skerrett指出,數位分身是「數位執行緒」(Digital Thread)或「數位主軸」(Digital Master)的實例化,亦即構成實體資產的條件、零件和控制系統。例如,Skerrett表示,風車的數位主軸包含了工程圖、物料清單、軟體版本和其他用於創建風車的工件。一個用於風車的數位分身平台需要善用該數位主軸,並提供工具來測試、部署和管理基於數位主軸的數位分身。這些工具需要能夠擴展到數百個數位主軸和數千個數位分身。
- 單一事實來源。平台需要能夠更新並提供每個數位分身的確切狀態。例如,日常例行維護可能會導致一項資產具備和另一項資產不同的零件或韌體版本。平台必須能夠在每個物件和資產發生變化時立即更新其確切狀態。
- 開放應用程式介面(Open API)。作為工業物聯網(IIoT)解決方案的介面和整合點,該平台必須提供一個能允許任何系統與之互動的Open API。
- 可視化和分析。該平台必須允許組織創建可視化、儀表板和對來自數位分身之即時資料的深入分析。該即時數據應該與數位主軸相連結。
- 事件和流程管理。平台必須允許用戶創建可以基於平台數據而執行的事件和業務流程。
- 客戶和用戶的觀點。該平台需要實現數位分身利益相關者之間的協作。它應該反映哪些組織擁有或操作這些資料,乃至允許哪些用戶存取這些資料。
數位分身公司
許多組織正在構建自己的數位分身,其中不乏一些受歡迎的平台供應商。一些更受歡迎的產品/服務包括:
- aPriori旗下數位製造模擬軟體
- Autodesk旗下數位分身
- 艾拉物聯網(Ayla) 旗下物聯網平台
- AWS旗下物聯網
- Interfacing Technologies旗下EPC企業流程中心
- Oracle旗下物聯網生產監控雲
- 奇異公司(GE)旗下Predix平台
- 思愛普(SAP)旗下SAP Leonardo物聯網平台
數位分身市場
數位分身市場正在快速成長。市場研究公司MarketsandMarkets表示,2020年全球數位分身市場規模為31億美元,預計2027年將達到635億美元。它認為數位分身是第四次工業革命(或稱「工業 4.0」)的關鍵組成部分。
「在工業4.0中,數位分身被認為能將製造技術與物聯網等有助於開發互聯製造系統等先進技術整合在一起,」MarketsandMarkets在其研究報告中指出。「因此,數位分身技術似乎是一個有助於企業實現工業4.0標準的理想解決方案。」
該公司認為,汽車和交通、能源和電力、航太和國防等垂直產業是數位分身技術的關鍵終端使用者。
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