数字孪生（Digital Twin）快速入门：简介以及应用示例

想象一下，这是一个世界上最大的体育场，而你能创建出它的数字复制品。从天花板的高度到每平方的细节，所有的内容都包含在内。然后，您将这个复制品与真实的、预测的数据结合在一起。现在，您可以使用它来测量重要的细节，例如体育场容量、气候控制、安全等候时间、视频和音频同步能力等。

在这个例子中，数字孪生软件让活动能够更加顺利地进行，并帮助体育场的工作人员预测和规划场地升级。这就是为什么洛杉矶的 SoFi 体育场在 2020 年成为了首个开始使用数字孪生技术的体育场。这只是最近众多数字孪生案例的其中一个，展示了这项技术的发展和演变。

像游戏、制造和城市规划等行业都纷纷采用了这个技术，并因此节省了大量成本。本篇文章将介绍数字孪生的优势与挑战，以及为什么要在数字孪生软件中使用Perforce Helix Core这样的版本控制工具。

什么是数字孪生？

数字孪生是物理对象的虚拟代表。它通过从物体上的传感器收集实时数据，监控物体的运行方式，复制其行动，并推动决策的制定。

数字孪生技术依赖于三个组成部分：现实世界中的物体、其数字对应物以及两者之间的通信。安装在实体（如汽车）上的传感器用于测量其功能方面，包括速度、行驶距离和安全性能。传感器将这些信息传递给数字孪生，后者则快速适应，做出相同的行为。

数字孪生可以被视为一个生态系统。传感器不仅监控物体本身，还会监控其周围的环境。这意味着汽车的数字孪生会收集有关天气状况、交通密度等因素的数据。这使得数字孪生可以预测对象在各种情况下，以及整个生命周期中的行为。例如，数字孪生可以预测汽车在制造一年、三年和十年后的性能。

数字孪生示例：游戏、制造业的应用

数字孪生的应用已经在各个行业中得到广泛应用。NASA 在 20 世纪 60 年代率先使用它们。多年来，数字孪生一直是汽车、航空、制造和工程领域的核心部分。现在，数字孪生软件开始革新游戏、营销和视觉设计领域。

游戏中的数字孪生应用示例

借助虚幻和 Unity 等游戏引擎，团队可以生成逼真的环境来复制现实世界的行为。他们可以看到一个变化会对最终设计造成什么影响，并组合和拆解模型，对每个元素进行分析。

游戏引擎可以在较少的软件和资源下运行成千上万次的测试。在最终产品阶段，游戏引擎有助于优化客户的购买体验。数字孪生可用于营销，让人们在购买前能够先体验虚拟产品。游戏引擎和数字孪生的结合还展现了虚拟现实在这些技术解决方案中的作用。

制造业中的数字孪生应用示例

制造商使用数字孪生对端到端的供应链、运营、质量管理和定制生产等方面进行全面优化。在产品创建之前，通过测试多种解决方案，有助于确定在成本、服务和产能等方面的最佳选择。企业可以在最大限度减少中断的同时，确定最佳的二级供应来源。

波音航空航天公司使用数字孪生来预测不同部件的性能。这一举措使一次通过质量改进率提升了 40%，同时还节省了开发时间和成本。波音甚至使用物联网（IoT）传感器来实现理想的货物负载平衡。

亚马逊则利用数字孪生技术对其 200 多个订单处理中心进行建模，提高了生产力。这有助于他们在仓库设计中做出决策、调整工作流，并确定有哪些方面 AI 能提供协助。

汽车行业中的数字孪生应用示例

保时捷、宝马等汽车公司正在利用数字孪生技术来开发未来的汽车。现在，公司可以在不增加成本的情况下构建各种类型的原型车。

静态的 CAD 工具现在可以实时渲染了，不再提供静态视图。可以通过模拟碰撞测试来了解汽车在不同地形或特殊情况下的性能。通过展开车身钣金，团队可以看到车架、传感器和其他内部组件的变化。

但数字孪生让公司可以做的远不止碰撞测试。他们可以利用游戏技术使用合成传感器来训练驾驶辅助系统。通过模拟各种情景，可以测试安全要求，并构建无需驾驶员介入即可做出反应的车辆。

医疗保健和城市规划领域的新兴数字孪生应用示例

每天都有企业开始应用数字孪生技术，并在更大规模、更高风险的情况下使用该技术。2023 年 2 月，克利夫兰诊所宣布，他们将开始使用数字孪生技术来模拟来自不同背景的 25 万多名患者的健康记录。该诊所希望能够跟踪不同社区、不同社会经济阶层的人的预期寿命，以提出公共卫生建议。

数字孪生还在塑造生活社区方面发挥着重要作用。美国规划组织利用数字孪生来建设更好的公共交通、分析城市交通模式和管理灾难响应。博尔德市已经在使用数字孪生来可视化拟议的城市发展及其未来影响。

无论您在哪个行业工作，数字孪生软件都能帮助您加快工作流程，并显著增加收入。据彭博社预测，到了 2030 年，数字孪生软件的市场规模将达到 1550 亿美元。

使用数字孪生软件的优势与挑战

上面已经介绍了一些数字孪生的应用示例，现在，让我们一起深入地了解数字孪生的优势与挑战，以及如何克服这些挑战。

什么是数字孪生软件？

数字孪生软件是一种将 AI、软件分析和物联网功能结合在一起的技术，可以实现数字孪生的构建、监控和测试。如果想要创造数字孪生，您可能需要使用数字孪生软件。一些受欢迎的软件有：IBM 的 Maximo Application Suite，Ansys Twin Builder，Bosch IoT Suite 和 Willow。

为什么要使用数字孪生软件？

Gartner Research 估计，已经有超过 50%的大型工业公司使用数字孪生，因为它们可以节省成本、具有预测功能，并能衡量实时的影响。最近，能源行业的巨头通用电气表示，数字孪生每年在预防损失方面的贡献高达 10 亿美元。

在以数字孪生预测一个天然气厂停电作为例子中，它帮助节省了 36 万美元。通过使用数字孪生，企业还可以降低维护成本。据通用电气估计，采用数字孪生模型后，平均每年可减少 40%的维护需求。

文件管理和协作

在构建数字孪生的过程中，会涉及到处理大文件。这有可能导致长时间的等待，让您的工作流中断。文件通常也会经历各种修改，如果成员们没有使用最新的文档，团队就会混乱，还有可能造成重复工作。像 Perforce Helix Core 这样的版本控制系统能够帮助您解决上述问题。Perforce Helix Core 可以储存任意大小的文件，识别文件的最新版本，并帮助团队控制文件的更改流。

IP 安全 

数字孪生也对 IP 安全造成了威胁。由于数字孪生是由数千个文件组成的，并且代表了一个企业最具创新性的专有信息，所以它们特别容易受到 IP 泄露的影响。这也是为什么福布斯技术委员会表示这些数字资产需要“皇冠上的宝石级别的保护”的原因。使用 Perforce Helix Core，您的企业可以为每个文件设置不同的安全权限，还可以限制地区以满足关于 IP 的合规性法律。

在 Perforce Helix Core 中保护数字孪生文件，并展开协作

具有多个版本的大型文件会让管理数字孪生变得很困难。使用 Perforce Helix Core，团队可以建立单一的、安全的可信数据源，并同步任何大小的文件。Perforce Helix Core是版本控制软件的标准，它能够无限扩展，与数字孪生软件无缝集成。

文章来源：https://www.shdsd.com/news-551/index.html