各位領(lǐng)導(dǎo)、各位專家、各位嘉賓，今天非常榮幸跟大家一起探討工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。今天我與大家一起探討的題目是數(shù)字孿生體在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的作用與意義。

　　近兩年來數(shù)字孿生體受到越來越多的關(guān)注，這反映在對(duì)這個(gè)詞搜索的次數(shù)，比兩年前急劇上升快10倍，不僅搜索次數(shù)急速上升，相關(guān)頁面的內(nèi)容也快速增加。從相關(guān)搜索來看，大多數(shù)讀者關(guān)注的是數(shù)字孿生體這個(gè)概念，也有相當(dāng)多的關(guān)注此技術(shù)以及一些具體的實(shí)施。另一方面，國際著名分析公司Gartner的新興技術(shù)的炒作周期，在這兩年的報(bào)告中都連續(xù)列入了數(shù)字孿生體，并在去年的報(bào)告里，數(shù)字孿生體逼近頂峰。對(duì)這個(gè)信息大家可能會(huì)覺得有點(diǎn)好奇，數(shù)字孿生體是什么新技術(shù)，為什么突然受到這么多的關(guān)注。

　　在我看來，這是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和智能制造發(fā)展的一個(gè)很自然的結(jié)果，要從這個(gè)方面來理解這個(gè)問題，我們可以先回顧一下工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的基本技術(shù)和發(fā)展的趨勢。

　　簡單來看，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)是對(duì)設(shè)備的廣泛連接，實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的匯集，繼而利用算法模型，對(duì)數(shù)鉆進(jìn)行深度分析，從而獲得對(duì)生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行的認(rèn)知，最后通過工業(yè)應(yīng)用結(jié)合業(yè)務(wù)邏輯，把分析得到的洞察轉(zhuǎn)為最佳的決策、可執(zhí)行的行動(dòng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的優(yōu)化。

　　這種優(yōu)化不僅僅限于我們比較熟悉的在單體設(shè)備上實(shí)現(xiàn)，比如說預(yù)測性維護(hù)，也可以在運(yùn)營層實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的優(yōu)化，也可以在業(yè)務(wù)層次實(shí)現(xiàn)，比如實(shí)現(xiàn)訂單拉動(dòng)的生產(chǎn)。從這個(gè)角度來看，可以簡單說，數(shù)據(jù)模型和應(yīng)用是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的三大要素，在不同層次上構(gòu)成了不同的閉環(huán)反饋，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化。我們將會(huì)看到算法模型將在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展中起到越來越重要的作用，將是企業(yè)在未來展開工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的一個(gè)重要的聚焦點(diǎn)。

　　為什么突然間行業(yè)里對(duì)數(shù)字孿生體這么關(guān)注，經(jīng)過這幾年的實(shí)踐，不論是國外也好、國內(nèi)也好，不少企業(yè)對(duì)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的實(shí)施已經(jīng)初見成效，在對(duì)設(shè)備連接的基礎(chǔ)上，匯聚數(shù)據(jù)，通過一些基本的分析完成了對(duì)設(shè)備運(yùn)行的監(jiān)控，甚至實(shí)現(xiàn)了一些預(yù)測性維護(hù)這樣的高級(jí)一點(diǎn)的分析。對(duì)于這些企業(yè)來講，要進(jìn)一步發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的價(jià)值，進(jìn)一步挖掘工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的價(jià)值潛力，自然會(huì)把算法模型推向更深的深度和更廣泛的范疇。

　　比如說能力更強(qiáng)的算法模型，從目前大多數(shù)是基于描述性的分析，向診斷性、預(yù)測性和策略性的方向發(fā)展，讓系統(tǒng)不僅能夠告訴我們設(shè)備裝備生產(chǎn)過程發(fā)生了什么事，而且還能告訴我們事情的根源，還可以預(yù)測將來將發(fā)生什么事，并給出相應(yīng)的應(yīng)對(duì)策略。

　　從另外一個(gè)維度講，從水平維度講，算法模型也從單體設(shè)備向牽涉到多臺(tái)設(shè)備的生產(chǎn)過程的協(xié)同優(yōu)化發(fā)展，以得到更大的優(yōu)化成果。這些的發(fā)展顯然加大了算法模型的復(fù)雜度，同時(shí)我們怎么建立有效的算法模型，不少企業(yè)也面臨不同挑戰(zhàn)。首先建模難，缺乏算法模型的專業(yè)人才，工業(yè)知識(shí)也不易于挖掘，其次，像一些企業(yè)也有一些挺強(qiáng)的算法專家或者工業(yè)專家，也寫了不少算法模型，寫了不少機(jī)理模型，由于傳統(tǒng)架構(gòu)模式的限制，我們目前很多的工業(yè)應(yīng)用或者工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，算法模型與應(yīng)用是緊偶合的，使得建模工作量大，重復(fù)性工作多，性能很難得到保障，最后導(dǎo)致用模難。另外，由于缺乏算法模型框架，不少模型散落各處，難以管理和更新。

　　這些算法模型方面所面臨的挑戰(zhàn)，也就是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)目前經(jīng)過一個(gè)階段的發(fā)展所面臨的新挑戰(zhàn)。由于算法模型是優(yōu)化的核心，是工業(yè)知識(shí)沉淀積累、提升復(fù)用的重要手段，我們必須尋找系統(tǒng)性的新的方法論和新的技術(shù)。在我看來，這就是為什么在這兩年行業(yè)對(duì)數(shù)字孿生體的關(guān)注大幅增大的一個(gè)重要原因，大家都在尋找一個(gè)應(yīng)對(duì)的算法模型新挑戰(zhàn)的新手段和技術(shù)。

　　數(shù)字孿生體這個(gè)概念是什么，做什么，為了什么目的？數(shù)字孿生體的概念第一是在2002年的一篇論文里提出，其后也有大同小異的定義，最近工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟也基于這個(gè)概念的重要性提出了一個(gè)新的定義。這些定義要么太面面俱全，要么過于精煉，我從三個(gè)方面做了一個(gè)解析。數(shù)字孿生體是什么，是實(shí)體或邏輯對(duì)象在數(shù)字空間的全生命周期的動(dòng)態(tài)復(fù)制體。用來做什么，基于豐富的歷史和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和先進(jìn)的算法模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)對(duì)象狀態(tài)和行為高保真度的數(shù)字化表征、模擬試驗(yàn)和預(yù)測。為了什么目的，對(duì)物理和邏輯空間的對(duì)象實(shí)現(xiàn)深入的認(rèn)知、正確的推理、精準(zhǔn)的操作，最后還是回到操作這個(gè)層次。

　　有幾個(gè)重要的要點(diǎn)，首先它是實(shí)體和邏輯對(duì)象，不僅是針對(duì)物理的對(duì)象。數(shù)字孿生體的另一半的孿生不一定都是物理實(shí)體，也可以是邏輯實(shí)體。比如對(duì)于生產(chǎn)流程、業(yè)務(wù)流程包括生產(chǎn)的組織結(jié)構(gòu)也都可以建立數(shù)字孿生體。對(duì)于物理實(shí)體，包括物理實(shí)體所處的環(huán)境，比如天氣，都可以作為數(shù)字孿生體來定義。

　　簡單說，只要是有數(shù)據(jù)可采的或者能夠安裝傳感器的，可以測量的，能為我們創(chuàng)造價(jià)值的都可以創(chuàng)造數(shù)字孿生體。另外一個(gè)重要的點(diǎn)，第一個(gè)定義里是動(dòng)態(tài)的復(fù)制品，動(dòng)態(tài)的意思是說數(shù)字孿生體跟它對(duì)應(yīng)的實(shí)體孿生體有雙向連接，但是這個(gè)連接不是對(duì)稱的，實(shí)物這個(gè)孿生體向數(shù)字孿生體上傳他們的狀態(tài)數(shù)據(jù)，數(shù)字孿生體根據(jù)計(jì)算的結(jié)果和業(yè)務(wù)邏輯的要求，向?qū)嶓w孿生體下達(dá)指令，還有雙向的連接是動(dòng)態(tài)的，最好是實(shí)時(shí)的，才能達(dá)到最佳的計(jì)算結(jié)果。

　　最后這種雙向連接是全生命周期的，數(shù)字孿生體與實(shí)體的孿生體是與生共有、同生同長，任何一個(gè)實(shí)體孿生體發(fā)生的事件都應(yīng)該上傳到數(shù)字孿生體作為計(jì)算和記錄，實(shí)體孿生體在這個(gè)運(yùn)行過程中的勞損，比如故障，都能夠在數(shù)字孿生體的數(shù)據(jù)里有所反映。數(shù)字孿生體是數(shù)字化的一種思路方法論，是一種技術(shù)體系和技術(shù)能力，目的是為了我們把生產(chǎn)過程和設(shè)備發(fā)生的變化，把這些事物理解透，目的是讓我們把生產(chǎn)、運(yùn)營這些事情做好，目的性也是非常明確的。

　　下面作為背景材料，我們討論一個(gè)很有意思的場景，雖然不是跟我們目前所講的數(shù)字孿生體有所聯(lián)系，但是對(duì)我們理解數(shù)字孿生體還是有所幫助的。數(shù)字孿生體并不是一個(gè)全新的概念，在過去四五十年來多處應(yīng)用過，那時(shí)候沒有叫準(zhǔn)名稱，而且只是在特定領(lǐng)域里有零散應(yīng)用，缺乏系統(tǒng)性的廣泛應(yīng)用。目前我們之所以能夠廣泛推廣這種技術(shù)，是因?yàn)槲覀儸F(xiàn)在可以匯聚大量數(shù)據(jù)，也有了低成本的對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算的能力。

　　在1972年美國的阿波羅13號(hào)航天器飛行到月球時(shí)發(fā)生故障，航天員被迫放棄服務(wù)航天模組，轉(zhuǎn)入登月球的模塊里，想方設(shè)法返回地球。當(dāng)時(shí)事故發(fā)生一個(gè)小時(shí)之后，地面控制站已經(jīng)能夠開始對(duì)飛行器進(jìn)行模擬，計(jì)算它整個(gè)軌跡和燃燒的時(shí)間，新的導(dǎo)航還有飛行控制程序，最后使得飛行員成功返回地球。他們能夠在地球表面，通過一些數(shù)據(jù)，在本地模擬，通過模擬計(jì)算理解到飛行器在幾十萬公里之外的距離里對(duì)它提供控制的策略，當(dāng)做最初的數(shù)字孿生體的應(yīng)用。

　　數(shù)字孿生體的內(nèi)涵是什么，有哪些功能？我們現(xiàn)在對(duì)這個(gè)要素做一個(gè)討論。數(shù)字孿生體首先是要采集它所對(duì)應(yīng)的實(shí)體的孿生體全生命周期的數(shù)據(jù)，包括當(dāng)這個(gè)設(shè)備作為產(chǎn)品時(shí)的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)，還有部署后的使用數(shù)據(jù)和維保的記錄，數(shù)據(jù)是數(shù)字孿生體的一個(gè)根本。數(shù)字孿生體另外一個(gè)要素是各種各樣的模型，機(jī)理的模型，數(shù)字的模型，三維的模型，幫助可視化的模型，這是另外一個(gè)重要的要素，數(shù)據(jù)模型。

　　這些模型幫助我們通過對(duì)我們所采集到的數(shù)據(jù)，特別是在運(yùn)行過程里采到的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，幫助我們對(duì)這個(gè)設(shè)備有深度的洞察。最后一個(gè)要素，數(shù)字孿生體必須提供服務(wù)的接口，讓場景的應(yīng)用、在上層的應(yīng)用，能夠用API的方法，比較方便的調(diào)用各種模型計(jì)算的結(jié)果和其他的原始數(shù)據(jù)。

　　數(shù)據(jù)是數(shù)字孿生體的基本要素，這些數(shù)據(jù)的采集可以從產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開始，跨越多個(gè)制造和部署的環(huán)節(jié)，這一頁我是在兩年前在介紹數(shù)字孿生體的時(shí)候，基于制造業(yè)信息化的三鏈模型來表達(dá)，數(shù)據(jù)采集的范疇顯然是個(gè)很復(fù)雜的過程，在我們現(xiàn)在開始初建數(shù)字孿生體的初期也不太可能都面面俱全，把所有的數(shù)據(jù)都能采集到才能做計(jì)算。我們現(xiàn)在需要切合實(shí)際的根據(jù)算法模型的需求，根據(jù)業(yè)務(wù)的需求，來決定有哪些數(shù)據(jù)我們是需要去采集的。另外一點(diǎn)，由于工業(yè)設(shè)備在運(yùn)維階段的周期遠(yuǎn)遠(yuǎn)長于制造周期，數(shù)字孿生體的使用在運(yùn)維階段也占了一個(gè)重要的地位，一般一個(gè)產(chǎn)品、一個(gè)裝備生產(chǎn)最長也就若干年，這種裝備一旦部署，可能會(huì)用二十年、三十年，在二十年、三十年里，數(shù)字孿生體一旦建立起來，可以用很長時(shí)間。

　　下面簡單討論一下數(shù)字孿生體的組態(tài)，任何可以采得到數(shù)據(jù)的值得算的實(shí)體都可以建立數(shù)字孿生體，包括某些設(shè)備里的組件，正如實(shí)體設(shè)備由很多實(shí)體的組件組成，他們相對(duì)的數(shù)字孿生體也是如此。在這頁里列舉了一些常見的數(shù)字孿生體的組態(tài)，比如在生產(chǎn)環(huán)境里組件組成設(shè)備，設(shè)備數(shù)字孿生體也可以組成產(chǎn)線，另外還有其他一些不同的組態(tài)。在每一個(gè)層次上，比如層級(jí)的組合里，在每一個(gè)層級(jí)上都可以采集它獨(dú)立的數(shù)據(jù)和建立相應(yīng)的模型，對(duì)這些數(shù)據(jù)，對(duì)它本身的數(shù)據(jù)、對(duì)組件的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。

　　數(shù)字孿生體的使用和部署模式。左邊是設(shè)備實(shí)體的孿生體，右邊是它相應(yīng)的數(shù)字孿生體。數(shù)字孿生體這個(gè)詞有時(shí)候用起來不一定很準(zhǔn)確，雖然我們有一個(gè)主的數(shù)字孿生體，但是在我們用起來的時(shí)候，數(shù)字孿生體的模型是可以通過具體的實(shí)例化在多處使用，有時(shí)候還并行使用。比如我們要在現(xiàn)場甚至做動(dòng)態(tài)的尋優(yōu)，數(shù)字孿生體一部分的算法模型可以布在現(xiàn)場附近，來滿足實(shí)時(shí)的需求。

　　同時(shí)我們可以在遠(yuǎn)端建立一個(gè)相應(yīng)的數(shù)字孿生體來做遠(yuǎn)程監(jiān)控，同時(shí)我們也可以建立離線的數(shù)字孿生體的實(shí)例，比如進(jìn)行模擬測驗(yàn)，在數(shù)字孿生體一個(gè)重要的應(yīng)用領(lǐng)域，比如怎么通過數(shù)字孿生體對(duì)工藝參數(shù)，先在數(shù)字空間做一些計(jì)算，有需要的時(shí)候再回到實(shí)體里計(jì)算，這樣會(huì)大大降低成本，縮短總的周期，建立模型特別是數(shù)字模型，調(diào)整數(shù)字模型，也可以以離線的方法來實(shí)現(xiàn)。有一點(diǎn)很重要的，雖然我們可以有多個(gè)數(shù)字孿生體同時(shí)進(jìn)行不同形式的計(jì)算，他們所依據(jù)的數(shù)據(jù)必須是同一個(gè)主數(shù)據(jù)庫。在這種情況下，數(shù)字孿生體并不只是布在一個(gè)地方，其實(shí)是可以分布部署的，根據(jù)具體使用的需求。

　　我們從組件開始，構(gòu)造數(shù)字孿生體，用他們的構(gòu)造層，用設(shè)備構(gòu)成產(chǎn)線孿生體，用車間的數(shù)字孿生體一步一步往上走，最后建立的是一個(gè)工廠的數(shù)字孿生體，這種情況下每個(gè)數(shù)字孿生體都帶有他們獨(dú)特的模型，也有自己獨(dú)特的數(shù)據(jù)，這樣對(duì)整個(gè)生產(chǎn)環(huán)境都有深度的洞察，我們在這里可以做很多的事情。

　　這里列舉了不少的可能性，比如監(jiān)控實(shí)時(shí)狀態(tài)的特征，有了數(shù)字孿生體，對(duì)服務(wù)狀態(tài)進(jìn)行調(diào)用，甚至可以重播，因?yàn)橛涗浟怂械臍v史數(shù)據(jù)，也可以預(yù)測未來的狀態(tài)，也可以離線的從歷史數(shù)據(jù)中挖掘優(yōu)化的計(jì)劃，驗(yàn)證優(yōu)化的流程和參數(shù)。數(shù)字孿生體其實(shí)是一個(gè)比較聰明的孿生體，實(shí)物的是比較老實(shí)的干貨的孿生體。數(shù)字孿生體如果我們建立得好，可以說是這個(gè)孿生體的大腦，另外一個(gè)實(shí)體的孿生體是肢體，來干活的。

　　下面介紹一下美國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟關(guān)于數(shù)字孿生體展開的工作，設(shè)立了一個(gè)數(shù)字孿生體互操作性的任務(wù)組，去探索數(shù)字孿生體他們對(duì)互操作性有哪些需求。同時(shí)我們重構(gòu)了與德國工業(yè)4.0的合作任務(wù)組，新一輪的聚焦點(diǎn)是探討數(shù)字孿生體互操作性的需求以及可行的解決方案。同時(shí)探討一下德國工業(yè)4.0的管理在技術(shù)和應(yīng)用場景范疇，數(shù)字孿生體跟管理殼的異同，探索適用性和可行性，管理殼是為了不同的組件、不同的設(shè)備、不同的產(chǎn)線，都能通過一個(gè)統(tǒng)一的界面、規(guī)范的界面、標(biāo)準(zhǔn)化的界面進(jìn)行交互整合，里面定義了一系列的數(shù)字模型，來描述這些設(shè)備內(nèi)部的狀態(tài)，也提供了一些標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)接口，讓他們進(jìn)行交互，這種結(jié)構(gòu)也應(yīng)該可以用到在數(shù)字空間的這些數(shù)字孿生體，這個(gè)是我們下一步也要展開的工作，探索可行性和適用性。

　　剛才講了數(shù)字孿生體的概念，大家有些可能覺得比較抽象，不太現(xiàn)實(shí)，這是不對(duì)的，最后做一個(gè)小廣告，我們待會(huì)兒會(huì)發(fā)布優(yōu)也Thingswise工業(yè)數(shù)據(jù)操作系統(tǒng)，其實(shí)是個(gè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)為了制造業(yè)或者運(yùn)營的場景而特制的，根據(jù)數(shù)字孿生體的思路來建立的。