双向驱动的闭环数字化双胞胎
工业物联网 (IoT) 技术催生了适用于产品、生产和性能的数字化双胞胎，为制造商提供了前所未有的机会，不断优化生产制造的每一个步骤。利用数字化双胞胎中的物联网数据可打造一个闭环环境，让制造商能够提升效率水平、避免生产问题、改善开发和设计周期，以及开辟全新的收入来源。本文旨在介绍相关最佳实践，即如何最大程度利用基于工业物联网的数字化双胞胎。
数字化双胞胎先决条件
如果使用得当，数字化双胞胎可以惠及任何类型的制造商，包括提高生产性能，改进新产品的开发或迭代，以及建立以服务为中心的客户关系等。
数字化双胞胎的成功关键在于充分利用工业物联网即服务的广泛通讯功能，确保您捕获所需的一切信息，从而为实际产品、生产或性能创建完整的数字化表示。
实现环境数字化。
数字化是实现工业 4.0 的先决条件。国际IDC 报告称有 85% 的企业决策者表示，他们必须在两年时间内在数字化转型方面取得重大进展，否则将落后于竞争对手并遭遇财务危机。无缝实时访问由数字化流程生成的数据对于构建全面运作的数字化双胞胎体系至关重要。工业物联网具有众多传感器、智能设备、以及对现代化可编程逻辑控制器 (PLC) 数据的访问能力，因而顺理成章地在数字化扩展到办公系统之外的进程中发挥了关键作用。通过引入其他软件功能（例如数据分析、边缘处理、机器学习和人工智能等），数字化双胞胎有能力充分利用工业物联网环境实现最高效率，同时帮助工程和设计团队在实际部署之前对系统配置进行调整和优化。
设立明确目标。
您希望利用数字化双胞胎来完成什么目标？例如，您是否正在发愁如何缩短设计时间、提高生产质量或消除持续的客户不满？尽管数字化双胞胎有可能解决所有这些问题，但每种类型的数字化双胞胎均有其专门用途。实际的需求决定了使用数字化双胞胎的类型。产品数字化双胞胎可提供虚拟与物理环境之间的连接，让企业能够分析产品在各种条件下（例如在市场上或与其他产品一起使用时）的性能表现。相关结果可用于在虚拟环境中进行调整，从而确保下一代实体产品得以在现场完全按照预期运行。生产数字化双胞胎有助于在实际投入生产之前验证制造流程在车间中的运行效果。性能数字化双胞胎包括生产和产品两项数字化双胞胎的性能表现，并不断捕获来自产品和生产设施的实时数据，从而保持数字化双胞胎始终处于最新状态。
为增强团队各种技能而努力。
虽然当今数字化双胞胎背后支撑的技术在不断成熟，但实际情况是，若要最大限度发挥数字化双胞胎的效能，企业仍需要加强相关技能的培养和建设。团队通常需要增强其在数据科学、建模和新一代配置管理方面的技能。寻找合适的战略合作伙伴共同搭建数字化双胞胎可能大有裨益，不仅可以缓解对于增加新员工的需求，同时有利于现有团队提升技能水平，尽快掌握相关虚拟技术。
保持永不停步的心态。
有效利用数字化双胞胎与其说是个终点，不如说是一段旅程。带着这样的心态，企业方能充分利用自己的经验进一步扩展数字化双胞胎的应用，实现企业的更多目标。
简言之，数字化双胞胎技术也在不断向前发展。即使在您完成部署之后，数字化双胞胎仍会持续不断地从环境中学习。随着企业不断扩展其数字化双胞胎之旅，逐步积累各种产品、生产和性能版本，您就有能力创建数字线程，从而将数字化双胞胎的应用进一步扩展到整个企业。数字线程可通过一个端到端数字化流程将产品数据和企业连接到一起，涵盖设计、制造和产品支持等所有环节。
工业物联网如何实现最佳性能数字化双胞胎
随着最新数字科技领域的竞争日益激烈，一个值得关注的趋势是数字化双胞胎与工业物联网其他组件的融合。尽管大多数企业熟悉产品与生产的数字化双胞胎，但更先进的公司已在采用最新的数字化双胞胎类型，即性能数字化双胞胎。其中，最先进的用户已在利用数字线程来增强其性能双胞胎。除此之外，企业还有很多机会可以通过集成其他物联网组件来进一步加强自己的数字化双胞胎战略。
通过产品和生产的数字化双胞胎，制造商可以在投入实际生产之前对产品和流程进行虚拟的测试、验证和分析。
通过对设计和流程步骤进行数字仿真，制造商可以节省与制造物理原型相关的时间和费用，还可以避免在实际生产过程中进行测试的风险。
性能数字化双胞胎可以将这些功能进一步提升。它使用产品和生产机器的性能数据来查看虚拟仿真与实际输出是否一致。通过性能数字化双胞胎，制造商可以从互联的产品和工厂中捕获并分析实时运营数据，从而获取相关数据来完善虚拟模型，同时提高生产过程中的系统性能。
闭环数字化双胞胎
性能数字化双胞胎的有效性取决于实时数据，而这又需要企业实施数字化策略，包括基于物联网的方法。例如，借助工业物联网即服务，您可将自己的实体机器和基础架构通过数字线程（一种可实现不同数字化双胞胎组件之间实时数据流动的框架（CPS物理系统））连接到数字化环境中。这个线程可以建立一个完整的闭环数字化双胞胎，您可以实时采集有关产品和生产性能的数据，并立即将其应用回性能数字化双胞胎，优化产品和性能的运行状况。收集来的数据可用于更早地验证产品和流程等设计，测试其配置并了解各种变量的影响，例如设计更改、使用场景、环境更改等。
例如，生产线会以秒为单位（我们期望的工业物联网具备大带宽、低延时的特性）从每台机器和设备上安装的传感器中收集大量数据。这些数据可与有关环境条件的数据（例如温度、湿度、震动、电压、电流、电阻等）进行组合。如果没有基于物联网的数字线程，制造商则只能收集到数量有限的此类数据并且减少数据分析次数，也许每月一次或每季度一次。由于数据量有限且分析间隔过长，制造商很容易错失降低开发成本、缩短开发时间和完善流程的良机。
通过闭环数字化双胞胎，制造商可以对生产线机器进行实时评估，确定生产线是否工作正常。此外，产品的性能甚至在离开生产线后仍可进行跟踪。对产品进行跟踪监视可以分析其预期使用和性能与实际使用和性能之间的差异。对产品的持续监控可通过性能数字化双胞胎来实现，由其从单个资产以及整个工厂收集相关实时数据。然后，将这些数据反馈到当前的生产线和新的设计迭代中，以便进行实时优化、调整。
集成更多物联网组件
通过物联网的广泛功能，制造商可以进一步发展自己的性能双胞胎，此举反过来又可以增强其产品和生产双胞胎所带来的好处。在使用工业物联网即服务时，您还可以集成其他物联网组件以演进您的数字化双胞胎，从而收集更多数据并进行高级分析。物联网组件也可以集成用于演进您的数字化双胞胎，以便收集更多数据并提供更深入的分析。
例如：
大数据分析可以利用实时的产品或流程运行状况数据获得有意义的洞察，让您及早发现问题并优化性能。
人工智能 (AI) 可以快速审核大规模的数据集，规模之大绝非人力所能为之。此外，人工智能还可以利用大数据分析并支持机器学习。
机器学习 (ML) 能够帮您构建预测性模型以减少停机时间和维护成本。
创成式设计有助于快速制造轻量级部件，从而节省材料和运输成本。
此外，您还可以将产品和生产双胞胎集成到先进的生产系统中，从而构建以往采用传统生产技术完全无法构建或者无法经济高效生产的产品。这些先进系统包括：
增材制造：如果将设计、仿真和数字化增材制造系统集成到一起，您将能够更轻松地设计并打印以往采用传统制造技术无法制造的零部件。
高级机器人：借助自动化的工业机器人编程，制造商将可以节省大量时间和资金来构建更高质量的产品，并且更快地将产品推向市场。
新的业务机会
如果将每个新的物联网组件都集成到闭环数字化双胞胎中，所带来的益处会翻倍，但这仅仅是开始。利用这些新功能，制造商可以开发新的商机和业务模式，增加企业收入并赢得竞争优势。基于物联网的数字化双胞胎可以打造如下业务模式：
产品即服务 (PaaS)：通过将互联的传感器和设备添加到您销售的机器中，您可以实时跟踪机器的使用量。这样您就可以开始根据使用情况出租机器并相应收费。例如，航空发动机的早期采用者和制造商罗尔斯 · 罗伊斯（又称劳斯莱斯）已经不再只销售发动机，而是以 “按时计费”方式向客户出售发动机所产生的推力。
维护即服务 (MaaS)：同样，由于售出的机器均通过物联网与数字化双胞胎系统相连，您能够帮助客户维护该资产的运行状况和良好性能，从而为客户持续提供价值。例如，您可以为客户的产品提供预测性维护，并贯穿产品生命周期的始终。
客户即服务（CaaS）：将客户定制化需求与数字化双胞胎系统相连，提升客户参与度，增加客户粘性和幸福指数。例如，工厂可以透明化给消费者，将制造过程展现给客户，并且在移动端可以进行轻量化虚拟展示，同时可参与制造过程中的互动，亲自参与自己产品的制造过程。
最后，如果将数字化双胞胎连接到基于 Web 和基于企业的网络系统（例如企业资源规划 (ERP) 和客户关系管理 (CRM) 系统）以及您的实物资产，您就可以将数字化双胞胎的巨大价值推广到其他业务功能中。例如，当库存系统与生产线和供应商建立联系时，您可以自动进行补货并大幅减少库存开销。
工业物联网的优势
随着众多制造商纷纷推进其数字化战略，大家逐渐认识到将各种系统（例如数字化双胞胎和其他物联网组件）集成到一起，即可构建更加紧密互联的端到端数字化系统，其整体效益远大于各部分之和。通过这种方法，各种业务和运营系统将变得更加透明和优化，从而会提高生产效率，降低风险并开发新的业务模式。
最大限度发挥数字化双胞胎作用建议
数字化双胞胎越来越多地被视为一项技术，一项可与大多数其他物联网组件连接且能彼此促进和增强的技术。对于寻求开启或扩展其数字化工作的企业，总结五点建议：
大处着眼
大多数思想领袖和处于数字化趋势最前沿的其他人士都建议企业决策者在实施转型时要从小处着手，但要大处着眼。他们认为数字化进程不仅仅是一种策略，而是一种全新的商业思维模式。因为数字化双胞胎是数字化的核心，任何人的数字化双胞胎部署也是如此。企业领导者在思考或谈论数字化双胞胎时，仍有太多人只提到产品和生产数字化双胞胎，也就是用于对产品设计和制造流程创建数字化仿真的虚拟副本。虽然数字化仿真具有多种强大优势，例如减少成本、降低风险、加快上市时间，并可以引入新产品设计或增强现有产品性能等，但这也仅仅是数字化双胞胎强大功能的开始。
我们在规划数字化旅程的优先事项时，应将注意力集中在未来数字化企业从产品构思到产品实现直至最终应用的整条价值链上。探索研究大量集成的工业软件和自动化组件，并考虑如何将它们与数字化双胞胎集成在一起，从而打造更有效的端到端数字化业务系统。其中的示例包括预测学习、大数据分析、高级机器人技术、增材制造和创成式设计。
寻找工业物联网即服务解决方案
在采用物联网商业思维模式之后，您会意识到，无论是您还是其他任何人都不可能预测数字化会将未来引向何方。因为所有的技术、业务策略和模式都在日新月异地迅速发展。工业物联网即服务解决方案可确保您能够通过物联网技术将现有系统和未来系统集成到一起。例如，制造商可以将计算机辅助设计 (CAD)、计算机辅助制造 (CAM)、产品生命周期管理 (PLM) 和物联网技术全部组合到一起，从而针对产品、生产和性能构建起功能强大的闭环数字化双胞胎。借助闭环数字化双胞胎，企业就可以利用来自现实世界的宝贵洞察帮助改进生产流程并微调相关产品迭代。
改善业务流程并创建新的业务模式
随着大家在数字化系统链接方面思维方式的转变，我们将发现数字化双胞胎对于构建更有效的业务流程为何如此至关重要。数字化双胞胎性能可以增强企业关键系统的性能，例如状态监视、预测性和规范性维护、资产绩效管理、库存管理和机组管理等等。
例如，机组经理通过数字化双胞胎可以监控成百上千送货卡车的位置，收集并分析有关机械磨损、车速和油耗等最新数据。
此外，数字化双胞胎对于实现多种基于服务的业务模式以及赢得工业 4.0 竞争优势等也十分重要。例如，压缩空气供应商可以销售压缩机的服务时间，而非实体压缩机。每当一种业务成功提升了其服务体验，它就会同时开启了进一步强化客户关系的新业务机会。
与其他新兴技术集成
借助工业物联网即服务解决方案和数字化的思维方式，将其他新兴技术与数字化双胞胎实现整合的机遇无处不在。例如，在产品设计中，如果将创成式设计功能与数字化双胞胎组合到一起，您就能够更快地完成更轻量的组件设计，从而节省材料并降低运输成本。此外，您还能够构建多种智能化模型，例如计算机辅助设计 (CAD)三维模型和所需的物料清单，以便随着时间推移而不断优化产品和流程的结构和性能。
最后，我们还能够将虚拟产品定义和生产执行管理进行集成，创造出可生成海量数据的智能化产品，这些数据又可用于帮助优化从产品构思到产品使用的整体生产效率。其他新兴技术包括预测学习、大数据分析、增材制造和高级机器人技术等。在任何情况下，数字化双胞胎都能让您在投入实际生产之前对产品与流程的性能和运行状况进行虚拟的测试、验证和预测。
当然，未来云技术将通过最新、灵活、经济高效、基于云的 IT 基础架构为您的数字化双胞胎项目提供支持，从而加快您的创新步伐和产品上市时间。
改善生产流程
有关数字化双胞胎的大多数讨论都集中在创新上，无论是产品还是流程。但是，请牢记数字化双胞胎的部署方式才是提高生产流程效率和有效性的关键所在。一种新兴趋势是使用数字化双胞胎来增强预测性维护。尽管 《信息周刊》 最近的调查结果表明，只有 4% 的受访者将数字化双胞胎视为预测性维护的推动因素，但使用数字化双胞胎进行预测性维护可以带来诸多益处：减少停机时间、降低维护成本、提高设备性能和可靠性、延长资产寿命、改善库存管理、加强机组管理等。
现在需要越来越详细的参数数据来优化生产流程，确保产品制造的最高质量、最快速度和最低成本。为了持续不断地提高生产质量和速度，还需要进行密切的自动化监控，随时将机器性能与相应的关键性能指标 (KPI) 进行比较。用数字化双胞胎以秒为单位对生产线进行审核，可以有效识别并纠正生产中的任何偏差，避免制造出任何不达标产品。
数字化双胞胎正在改变生产流程的每个环节并可以增强大多数（甚至全部）其他工业 4.0 技术，了解这一点至关重要。正如传送带对于第一次工业革命的大规模生产时代至关重要一样，数字化双胞胎对于如今第四次工业革命的网络物理系统也非常重要。从这一大前提出发，广大制造商将会逐步认识到数字化双胞胎的巨大潜力。