如今,數(shù)字孿生的概念已成為人們感興趣的焦點,更多人試圖理解數(shù)字孿生技術(shù)是什么以及其背后的內(nèi)容,是否正確地將其稱為“3D數(shù)字孿生”。這并不奇怪,因為全球數(shù)字孿生的實施正在迅速加速,這得益于制造業(yè)和醫(yī)療保健業(yè)。該技術(shù)市場以60.6%的復(fù)合年增長率增長,預(yù)計到2027年將達到730億美元。與此同時,Gartner預(yù)測數(shù)字孿生將與Web3和空間計算等技術(shù)一起被全球40%的組織用于加速元宇宙項目中的收入。盡管如此,許多人尚未掌握其概念,并試圖理解數(shù)字孿生如何可以在迅速發(fā)展的技術(shù)充斥的市場中發(fā)揮作用,以增強其行業(yè)或部門。為了澄清情況,我們決定專門介紹數(shù)字孿生的定義、行業(yè)示例、幾個實際用例以及組織和企業(yè)可以利用的長期利益。

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數(shù)字孿生的定義

數(shù)字孿生是一種虛擬對應(yīng)物,是物理對象、資產(chǎn)、環(huán)境、過程或整個生態(tài)系統(tǒng)的1:1表示。數(shù)字孿生使用實時數(shù)據(jù)、3D建模和動畫、邏輯和架構(gòu)復(fù)制(如視覺和物理特征、環(huán)境條件、操作數(shù)據(jù)和響應(yīng))開發(fā)。該技術(shù)方法模擬物理對象、環(huán)境或完整系統(tǒng)在數(shù)字空間中重建的行為和性能。數(shù)字孿生可用于增強各種行業(yè),包括醫(yī)療保健、醫(yī)療技術(shù)、制藥、航空航天、國防、工程、制造等許多行業(yè)。

該技術(shù)可以結(jié)合任何規(guī)模和復(fù)雜度的過程,包括工程設(shè)計、性能優(yōu)化、預(yù)防性維護、遠程監(jiān)控和維修以及場景重建。它們使測試、分析、監(jiān)控和重新考量實時物理系統(tǒng)或物體在不同條件和場景下的性能成為可能,包括但不限于做出基于數(shù)據(jù)的合理決定。

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數(shù)字孿生例子

數(shù)字孿生方法使開發(fā)全尺寸、功能齊全、高保真度的數(shù)字表示成為可能;因此,該技術(shù)在各行業(yè)內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。預(yù)計到2023年,汽車和運輸行業(yè)的實施將在航空航天、國防、醫(yī)療保健、家庭和商業(yè)、能源和公用事業(yè)以及石油和天然氣行業(yè)中實現(xiàn)最快增長。

數(shù)字孿生被用于各種活動,包括但不限于物理系統(tǒng)和流程的模擬和測試,為專家提供實時見解,建模,重現(xiàn)場景,甚至重現(xiàn)條件進行訓(xùn)練和做出明智的決定。它們可以分為系統(tǒng)數(shù)字孿生、產(chǎn)品數(shù)字孿生和過程數(shù)字孿生。也就是說,我們想突出今天正在加速數(shù)字孿生技術(shù)實施的幾個行業(yè),并舉例說明為醫(yī)療保健、醫(yī)療技術(shù)和航空航天開發(fā)的一些真實案例。

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醫(yī)療保健中的數(shù)字孿生

數(shù)字孿生為醫(yī)療保健開辟了廣闊的可能性。全球市場在2021年估計為44.89億美元,預(yù)計到2031年將超過53億美元。該技術(shù)可用于增強培訓(xùn)和教育、診斷、規(guī)劃、實踐、演練和更多方面。它們使醫(yī)療專家能夠沉浸在任何環(huán)境中,包括完全重建的醫(yī)療設(shè)施,面對真實生命場景,而不會威脅真實患者的生命。健康數(shù)字孿生(HDT)的概念正在成為醫(yī)療創(chuàng)新的驅(qū)動力,正在更廣泛地納入公共衛(wèi)生、精準醫(yī)療和臨床試驗。健康數(shù)字孿生方法可以結(jié)合特定患者的病歷、生物數(shù)據(jù)、實時傳感器和多模態(tài)患者數(shù)據(jù)或人群數(shù)據(jù),并以患者和環(huán)境數(shù)據(jù)更新的變量增強。結(jié)合人工智能,該技術(shù)可以用于監(jiān)測、診斷、優(yōu)化治療和預(yù)測疾病。

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醫(yī)療設(shè)備中的數(shù)字孿生

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到718年，全球醫(yī)療設(shè)備市場預(yù)計將達到92.2029億美元，這是由于慢性病人數(shù)，早期診斷和治療的增加，導(dǎo)致住院患者入院以及診斷和外科手術(shù)。數(shù)字孿生可能特別有用，因為該方法能夠重新創(chuàng)建和模擬任何監(jiān)管類醫(yī)療設(shè)備。該技術(shù)允許構(gòu)建全球醫(yī)療設(shè)備制造商和醫(yī)療機構(gòu)可以使用的完整數(shù)字副本。使用數(shù)字孿生，無論用戶的物理位置如何，都可以體驗和練習(xí)使用任何規(guī)模的醫(yī)療設(shè)備。它可用于在醫(yī)療機構(gòu)分發(fā)和患者實施之前展示和測試醫(yī)療設(shè)備，在重建的、功能齊全的交互式醫(yī)療環(huán)境中教育和實踐培訓(xùn)醫(yī)療專家有關(guān)新設(shè)備或現(xiàn)有設(shè)備、創(chuàng)新程序和方法。

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航空航天中的數(shù)字孿生

數(shù)字孿生在航空航天行業(yè)已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。該方法可以用于設(shè)計、可視化和重現(xiàn)完全功能齊全的軍用和民用載體、導(dǎo)彈、空間和航空項目的完整副本。數(shù)字孿生可以利用航空航天行業(yè)的環(huán)境和組件,如駕駛艙、客艙、發(fā)動機甚至天氣條件,通過實時傳感器數(shù)據(jù)預(yù)測性能和磨損、故障診斷、增強訓(xùn)練、預(yù)測分析、實現(xiàn)預(yù)防性維護、提高效率和安全性。數(shù)字孿生的加入使航空航天業(yè)可以重演研究、設(shè)計、生產(chǎn)和維護過程,減少未計劃的系統(tǒng)或飛機停機時間。盡管NASA和其阿波羅計劃被稱為數(shù)字孿生在航空航天行業(yè)的主要實施之一,但一些來源表示這個例子可能與該技術(shù)的概念有些差異。與此同時,波音等公司正在投資將數(shù)字孿生技術(shù)納入其維護和制造過程。而三分之二的全球空軍高管表示對數(shù)字孿生的實施充滿信心。

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制造業(yè)中的數(shù)字孿生

據(jù)報道,制造業(yè)中的數(shù)字孿生實施與成本減少的市場需求、工業(yè)4.0的興起和智能制造方法有關(guān)。利用數(shù)字孿生可以集成到制造過程的幾乎所有階段,從設(shè)計和建模到生產(chǎn)和維護。該技術(shù)可以用于重新創(chuàng)建整個制造過程的數(shù)字對應(yīng)物,使工程師能夠優(yōu)化生產(chǎn)、減少停機時間和提高效率。它允許利用模式識別和大數(shù)據(jù)處理,實現(xiàn)物理到數(shù)字操作和活動的同步,從而改善供應(yīng)鏈、最小化故障率和縮短開發(fā)周期及成本。在其關(guān)于2030年模擬和數(shù)字孿生十年技術(shù)展望中,西門子預(yù)測在制造業(yè)內(nèi)外會有更流暢和更廣泛的高度動態(tài)、完全身臨其境的數(shù)字對應(yīng)物的加入。

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石油和天然氣中的數(shù)字孿生

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全球石油和天然氣生產(chǎn)是世界經(jīng)濟中最重要的組成部分之一。2022年全球產(chǎn)業(yè)收入達到4萬億美元,整個行業(yè)包括勘探、生產(chǎn)、維護、運輸、提煉和其他公司。該行業(yè)由幾個因素驅(qū)動,包括技術(shù)適應(yīng)和大數(shù)據(jù)加速提高性能和生產(chǎn)力的需求。數(shù)字孿生被定義為破壞性創(chuàng)新工具之一,其實施可用于推進流程和性能,包括規(guī)劃、風(fēng)險緩解、預(yù)測評估和維護、鉆探和化石燃料提取優(yōu)化、開采現(xiàn)場、設(shè)施和工廠管理等。該技術(shù)可以幫助降低成本,規(guī)劃和監(jiān)控流程,為專家提供做出有效決策所需的數(shù)據(jù)。據(jù)報道,目前有40多家石油和天然氣公司正在尋求利用數(shù)字孿生技術(shù)的潛在實施。

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建筑業(yè)中的數(shù)字孿生

隨著建筑業(yè)成為世界經(jīng)濟中最大的行業(yè)之一,2022年達到近12.74萬億美元,數(shù)字孿生技術(shù)在該行業(yè)有相當(dāng)大的期望,具有相當(dāng)具有挑戰(zhàn)性的前景,包括重大數(shù)字轉(zhuǎn)型、改變現(xiàn)狀和提高價值、生產(chǎn)力和效率。這并不奇怪,因為數(shù)字孿生技術(shù)可以在透明度、實時監(jiān)控、反饋和分 ?

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工業(yè)設(shè)施中的數(shù)字孿生

據(jù)供應(yīng)鏈管理外包公司稱,2019年全球有超過1億家工廠。雖然工業(yè)4.0、大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)迅速推動許多行業(yè)集成先進的數(shù)字技術(shù),但工業(yè)設(shè)施也不例外。利用數(shù)字孿生可以用于推進功能、運營、維護和監(jiān)控過程。該方法允許模擬工業(yè)設(shè)施(如電站、制造業(yè)、倉庫以及生產(chǎn)設(shè)施)的行為和性能,實現(xiàn)生產(chǎn)優(yōu)化、減少排放和停機時間、風(fēng)險管理和安全性改善。今天,我們已經(jīng)有一些潛在的大規(guī)模實施示例,例如西門子與NVIDIA合作伙伴關(guān)系,創(chuàng)建一個結(jié)合數(shù)字孿生技術(shù)、實時數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)的工業(yè)元宇宙,以創(chuàng)新解決實際問題。

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航運業(yè)中的數(shù)字孿生

據(jù)估計,全球貨運市場規(guī)模將在2031年達到4.2萬億美元。航運業(yè)是最動態(tài)和具有挑戰(zhàn)性的行業(yè)之一,在全球經(jīng)濟中發(fā)揮著重要作用且影響深遠,代表國際貿(mào)易量的80%?？紤]到該行業(yè)的規(guī)模,數(shù)字孿生可以廣泛地被納入許多方面,包括供應(yīng)鏈、船隊控制系統(tǒng)、港口和碼頭運營、安全與保障以及跟蹤和監(jiān)控運營。數(shù)字孿生可以用于重現(xiàn)整個運輸貨物的過程,包括完全功能齊全的設(shè)施、船只、任何規(guī)模的商業(yè)運輸場景,甚至整個港口運營。該技術(shù)可以用于規(guī)劃、預(yù)測、建模和評估日常和應(yīng)急運營,為專家提供基于數(shù)據(jù)的安全測試環(huán)境,進行遠程或現(xiàn)場協(xié)作,實現(xiàn)成本降低、提高規(guī)劃和控制過程效率、采取防范措施和改善人員和貨物的安全性。

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會展活動中的數(shù)字孿生

由于新冠病毒導(dǎo)致的限制,全球活動行業(yè)遭受了重大損失,許多場地轉(zhuǎn)移到了網(wǎng)上。雖然這確實改變了我們熟悉的格式,更多人適應(yīng)遠程出席,但一旦限制放寬,世界又回到了親自聯(lián)系。然而,我們已經(jīng)嘗到了與物理限制和在線聚會共存的滋味。隨著技術(shù)的進步,我們必將看到更多的混合活動,即結(jié)合在線和離線出席的會議、研討會和交易會。據(jù)預(yù)測,活動市場將在2028年達到2萬億美元以上。數(shù)字孿生可以被帶入任何規(guī)模的活動、研討會和會議,作為幫助連接數(shù)字和物理的技術(shù)之一。通過沉浸式體驗,數(shù)字孿生可以用于說明大型項目、激勵措施或高級時間推移,這在能源會議、制造業(yè)和建筑貿(mào)易展覽會以及建筑和設(shè)計活動中尤其有幫助。同樣,該方法可以用于連接許多在線和離線與會者的娛樂活動,包括音樂會、戲劇和馬戲表演。

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交通運輸中的數(shù)字孿生

全球交通運輸市場持續(xù)快速增長,預(yù)計到2032年將達到15.94萬億美元,包括人員和貨物運輸。雖然市場預(yù)計開發(fā)將進一步加速,但我們可以看到,像其他行業(yè)一樣,數(shù)字孿生的引 ?

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物流中的數(shù)字孿生

數(shù)字孿生是改變物流行業(yè)的<技術(shù)趨勢>之一,帶來新的工具和能力。全球數(shù)字物流市場規(guī)模預(yù)計到2030年將達到772億美元。該技術(shù)的廣泛應(yīng)用可以在任何方向上發(fā)揮作用,從規(guī)劃、建模和預(yù)測到完整的供應(yīng)鏈支持。數(shù)字孿生可以用于物流,幫助提高規(guī)劃和實現(xiàn)詳細的模擬到運營和組織。該技術(shù)允許對運輸場景進行建模和納入供應(yīng)鏈管理流程。除其他能力外,數(shù)字孿生方法還允許重現(xiàn)和重新演練從起點到消費點的貨物運輸方案,輸出準確的數(shù)據(jù),可用于評估和決策。

零售業(yè)中的數(shù)字孿生

零售業(yè)是其中一個被廣泛數(shù)字化的行業(yè)。全球數(shù)字零售市場規(guī)模預(yù)計到2027年將達到9028.8億美元。廣泛應(yīng)用包括電子商務(wù)和傳統(tǒng)的實體店。由于這兩個市場的競爭日益激烈,玩家越來越多,商品種類越來越豐富,價格也越來越匹配,企業(yè)尋求利用技術(shù)獲得優(yōu)勢。將數(shù)字孿生技術(shù)引入零售業(yè)可以幫助展示產(chǎn)品,提高商品策劃,通過對傳統(tǒng)商品和服務(wù)的數(shù)字疊加改善購物體驗。它可以為電子商務(wù)商品添加一個接近真實生活的物理層,允許消費者在數(shù)字環(huán)境中親身體驗商品。數(shù)字孿生技術(shù)使先進的故事變得更加生動,幫助構(gòu)建更吸引人的用戶體驗,增強內(nèi)容、互動和可視化,并成為與客戶聯(lián)系的新方式。

這僅是數(shù)字孿生在各行業(yè)的許多應(yīng)用示例中的幾個。隨著技術(shù)的進步,我們必將在全球各地的許多行業(yè)面臨更加創(chuàng)新和創(chuàng)新的實施。雖然這些是可能的實施方向,但讓我們看看數(shù)字孿生技術(shù)實施的一些真實案例。

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醫(yī)療VR插管仿真

Medtronic McGRATHTM MAC VR氣管插管仿真是與Medtronic合作創(chuàng)建的交互式和沉浸式VR氣管插管仿真體驗,以演示產(chǎn)品并培訓(xùn)從業(yè)者和醫(yī)學(xué)生。它通過教育參與者如何對各種患者進行氣管插管程序和氣管插管場景的復(fù)雜性,來展示McGRATHTM MAC視頻喉鏡的使用作為標準護理。要了解更多關(guān)于醫(yī)療VR氣管插管仿真的信息,。 ?

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航空航天VR維修仿真

該項目的主要目標是為負責(zé)定期技術(shù)評審和檢查民用飛機的專家創(chuàng)建渦輪發(fā)動機維修訓(xùn)練環(huán)境的VR,包括從拆卸到清潔、潤滑、測試和重新組裝的每一步驟,以提高執(zhí)行維修工作的質(zhì)量。該仿真使用戶可以訓(xùn)練和確保過程精度,減少所需的修正步驟,最大限度地減少發(fā)動機維修后發(fā)布時間和過程周期時間。要了解有關(guān)航空航天VR維修仿真的更多信息。

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?儀器實驗室血細胞計數(shù)VR

該項目的目標是創(chuàng)建一個VR環(huán)境構(gòu)造器,客戶可以根據(jù)客戶的要求創(chuàng)建1:1的虛擬視覺化未來實驗室。虛擬空間將允許客戶首次訪問和觀察未來實驗室與預(yù)安裝設(shè)備。要了解有關(guān)儀器實驗室血細胞計數(shù)VR的更多信息。

隨著技術(shù)的進步,將出現(xiàn)越來越多利用數(shù)字孿生項目的創(chuàng)新用例,推進流程,增加知識,并幫助解決現(xiàn)實世界的問題。

數(shù)字孿生的好處

如上所述,數(shù)字孿生方法可以在各個行業(yè)和不同規(guī)模上實現(xiàn),從創(chuàng)造數(shù)字孿生城市到定義化學(xué)元素的事物。該技術(shù)可以在各個行業(yè)帶來許多好處,包括:

?數(shù)字孿生用于提高過程效率:數(shù)字孿生使專家能夠優(yōu)化物理系統(tǒng)和過程的性能和減少停機時間,從而提高效率和生產(chǎn)力。

?數(shù)字孿生用于完善預(yù)測性維護:通過數(shù)字孿生,現(xiàn)場和遠程專家可以實時監(jiān)控設(shè)備,并在問題發(fā)生之前檢測潛在問題,使其能夠主動進行維護,減少停機風(fēng)險和相關(guān)成本。

?數(shù)字孿生用于加快問題解決:如果有任何問題或故障,數(shù)字孿生可以為專家提供問題根源的見解,減少故障排除和解決問題所需的時間。

?數(shù)字孿生用于改進設(shè)計和測試:特別是與虛擬環(huán)境相結(jié)合時,數(shù)字孿生可以優(yōu)化設(shè)計、建模和測試。與數(shù)字孿生方法的部署之前的演練可以幫助提供全面實用的解決方案,減少對物理原型和測試的需求。

?數(shù)字孿生用于提高安全性:數(shù)字孿生可以幫助建模和識別潛在的風(fēng)險、威脅和安全隱患,允許更有效地規(guī)劃、降低風(fēng)險和采取預(yù)防措施來提高安全性。

?數(shù)字孿生用于提高可持續(xù)性:通過模擬不同的消費和運營場景,數(shù)字孿生可以幫助規(guī)劃和優(yōu)化能源使用,減少浪費和提高可持續(xù)性。

總體而言,數(shù)字孿生可以幫助組織做出更明智、風(fēng)險評估的決定,同時降低成本,提高效率、安全性和可持續(xù)性。因此,數(shù)字孿生技術(shù)的采用預(yù)計只會在各行業(yè)中增長和加速。這種技術(shù)進步將特別令人好奇,因為數(shù)字孿生和元宇宙的結(jié)合。 ?

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常見問題解答

????數(shù)字孿生如何繼續(xù)轉(zhuǎn)型?

數(shù)字孿生方法不僅可以轉(zhuǎn)變流程和培訓(xùn)或教育計劃的小部分,還可以轉(zhuǎn)變整個行業(yè)。該技術(shù)可以被用來重新創(chuàng)建實際上任何現(xiàn)實生活中的物體、環(huán)境或流程,從而為優(yōu)化和進步打開重大窗口。

????數(shù)字孿生如何制造醫(yī)學(xué)?

數(shù)字孿生方法可以在藥物制造中重演開發(fā)、測試和生產(chǎn)中的各種場景。它們可以使流程更可預(yù)測,并結(jié)合風(fēng)險管理場景和數(shù)據(jù)驅(qū)動的評估。

????數(shù)字孿生是什么?

數(shù)字孿生是物理環(huán)境、物體、過程或資產(chǎn)的數(shù)字復(fù)制。根據(jù)實際需求,它們以不同的細節(jié)級別構(gòu)建,并可以合并全面物理、運營、功能和視覺參數(shù)。

????如何創(chuàng)建數(shù)字孿生?

數(shù)字孿生基于許多輸入類型創(chuàng)建,包括3D模型、CAD或BIM模型、3D掃描或從零開始建造。如果數(shù)字孿生是沉浸式環(huán)境的一部分,開發(fā)人員必須考慮人體工程學(xué)、運動學(xué)、互動性和其他定義功能,這些功能將影響沉浸度的水平。

????數(shù)字孿生如何工作?

數(shù)字孿生作為物理對象、資產(chǎn)、過程和環(huán)境的1:1復(fù)制品,充當(dāng)其數(shù)字對等體。該技術(shù)方法利用實際數(shù)據(jù)輸入來優(yōu)化操作、設(shè)計、測試、重演、調(diào)整、規(guī)劃、評估和評估風(fēng)險。

總結(jié)

數(shù)字孿生已成為負責(zé)相當(dāng)大一部分全球經(jīng)濟的快速增長行業(yè)中的一種強大技術(shù)工具。毫無疑問,這種方法將在每個新項目中繼續(xù)證明自己。我們只能期待數(shù)字孿生技術(shù)在視覺真實度、復(fù)雜性和功能性方面取得進展。隨著數(shù)字孿生技術(shù)的發(fā)展,我們將見證行業(yè)內(nèi)更多創(chuàng)新的和有影響力的應(yīng)用,推動創(chuàng)新、數(shù)字化和工業(yè)4.0時代的到來。

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