产业元宇宙的杀手级应用:百元以内的数字孪生
作者 | Ivy2022-01-31

既然数字孪生是连接虚拟与现实的纽带,也是构建元宇宙的基础,那么简单易用、低成本的数字孪生应用,自然会在产业元宇宙时代拔得头筹。因此这篇文章我们将会讨论:有哪些触手可及的百元数字孪生?

产业元宇宙的杀手级应用:百元以内的数字孪生「物女心经」

全文字数:4500字,写作用时:300分钟,阅读时间:15分钟

物女皇:为什么数字孪生如此重要

这是我在【物女心经】专栏写的第246篇文章。

明天就是农历新年了,很荣幸能用物女心经陪你度过2021年的最后一天~

回望2021年,整个智联网产业发生了许多大事件,也出现了许多新概念,元宇宙无疑是其中最受瞩目的那颗新星。照目前的形势来看,元宇宙的这把火毫无悬念的要从2021持续烧到2022了,而且还有越烧越旺的苗头。

最近几周,我连续用数篇文章阐述了对元宇宙的思考,今天也将继续这个话题。

有一次我与51WORLD公司副总经理李竹青聊天,谈起产业元宇宙,他说如果将产业元宇宙比作是一座高峰,那么数字孪生就是不可或缺的登山杖。

关于产业元宇宙,51WORLD很有发言权。这是一家数字孪生平台公司,已经在虚拟世界构建了上海的完整数字孪生。

没错,他们为中国最大的经济中心--上海--创建了数字孪生,包括为东方明珠电视塔和上海中心大厦在内的20多个地标建筑分别建立模型,并使用来自卫星、无人机和传感器的数据,通过算法生成了建筑、道路、河道和绿地的数字化版本。最终51WORLD计划将这套模型升级为以接近于实时的更新速度,跟踪时光持续动态变化,具有“鲜活生命”的数字孪生。

当物联网智库的同事与西门子(中国)有限公司执行副总裁王海滨交流时,他也提到:“其实在没发明或者没创造元宇宙这个词之前,西门子一直在做的数字孪生,就和元宇宙有异曲同工的妙意。”

如今流行的元宇宙畅想中,人们想象着平行于真实世界的数字化生活。

在元宇宙中并存的现实世界和虚拟世界,两个世界如何建立关联?

数字孪生无疑是最佳纽带。数字孪生与来自各种物联网设备的实时数据相连,能够镜像、分析和预测物理对象的行为。

虽然关于元宇宙与数字孪生的讨论在游戏和互联网领域最多,但事实上,产业元宇宙中的数字孪生,已经被应用多年,也离我们更近。

数字孪生,最早可以追溯到早期的太空项目。当时,美国国家航空航天局制造模型来监测和修正航天器。例如,在航天器的风洞实验中,研究人员使用传感器创建其飞行环境的数字孪生,再使用这些数据模型,优化航天器的物理布局,监控物理数据变化。

《经济学人》预测,从工厂到汽车,万事万物都将有数字孪生体。

既然数字孪生是连接虚拟与现实的纽带,也是构建元宇宙的基础,那么简单易用、低成本的数字孪生应用,自然会在产业元宇宙时代拔得头筹。

因此这篇文章我们将会讨论:

  • 有哪些触手可及的百元数字孪生?

  • 百元数字孪生即将解锁DFM的规模部署

  • 如何使用数字孪生登顶产业元宇宙?

有哪些触手可及的百元

数字孪生?

产业元宇宙的杀手级应用:百元以内的数字孪生「物女心经」

数字孪生的应用对象,主要分为最终用户和OEM两个类别。

  • 对应用于最终用户的数字孪生,构建数字孪生的设计方和应用数字孪生使用方,是同一家企业。

  • 对应用于OEM的数字孪生,构建数字孪生的设计方和应用数字孪生的使用方,来自不同企业。

两类数字孪生都有百元以内的选择。

如果你看过我的上篇文章《元宇宙开启工业互联网的“游戏化”演进路径》就会了解,游戏已经不再是传统意义上的游戏。微软对动视暴雪的收购,展示了这家科技巨头对新一轮产业变革的前瞻性判断:游戏代表着科技应用和创新的前沿,随着游戏引擎应用领域的增加,游戏与传统行业的衔接越发紧密。

因此游戏领域的动向值得我们关注。

开发了《堡垒之夜》的Epic Games公司已经通过向建筑和城市等真实世界的扩张,在探索将其游戏世界与数字孪生联系起来的潜力。

Epic Games先后收购面部动捕公司Hyprsense和Cubic Motion、虚拟角色公司3Lateral、3D扫描公司RestAR、自动3D建模解决方案公司Capturing Reality等。

尤其是Capturing Reality旗下的Reality Capture软件可以根据多张照片生成空间和物体的3D模型。收购之后,Epic宣布下调Reality Capture服务及软件的价格,10美元即可尝试。

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去年Epic推出了应用程序MetaHuman Creator,可以创造栩栩如生的虚拟人类。

Epic还特别为建筑师、工程师等专业人士打造了一个新版本的虚拟引擎TwinMotion,用于建筑和基础设施的设计和管理,可以在几秒内帮助建筑、施工、城市规划和景观设计师创建高品质的实时可视化。

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在国内,工业互联网赋能平台公司树根互联提出,数字孪生可以通过“共享”模式构建。数字孪生可以在同类设备的使用群体内,被多个企业共享,极大的降低投入资金。

设备出厂之后,根据不同的去向,每台设备都会对应一个独一无二的数字孪生,这些数字孪生脱胎于同一“母体”,却又“性格”迥异。它们记录了每台设备不同的运行环境和各类参数,协助设备的维护和运行。

由于同类设备的数字孪生在很大比例上具有可复用性,数字孪生所对应的投资回报率,可能实现按照“天”为单位计算。使用者按需付费,投资的回收周期很短,马上能够看见效益。

已经有企业在实践这个做法。比如杰克缝纫机股份有限公司建立的缝纫设备数字孪生,为杰克产品产业链上的下游企业,包括上万家分销商、十几万家的服装企业提供服务。

数字孪生的应用不仅助力杰克缝纫机打造了全新的智能产品,更重要的是可以对分销商、终端客户等产业链条上的用户提供他们密切关心的核心数据和价值。

每位民营企业家和制造公司的创始人,大抵都有着浓厚的现场实操情结,喜欢深入一线把握管理细节。数字孪生可以让这些企业的管理者随时随地了解生产现场的情况,场景还原和保真度高,犹如身临其境。

百元数字孪生即将解锁

DFM的规模部署

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什么是DFM?

DFM,全称是DesignFor Manufacturability,面向制造的设计。它是指产品设计需要满足产品制造的要求,具有良好的可制造性,使产品以最低的成本、最短的时间、最高的质量制造出来。根据产品制造工艺的不同,面向制造的设计可以分为面向注塑加工的设计、面向冲压的设计和面向压铸的设计等。

绝大多数的人都没听过这个概念。

到底什么是DFM?

讲个故事来说明。这个故事来自工业互联网专家赵伟即将出版的新书《数字化赛道:工业互联网的思考与实践》。

前段时间他去拜访了一家即将上市的制造型企业,这家企业的主要产品是汽车微电机及相关产品,主要客户是宝马、奔驰、通用等全球汽车制造商,近几年又成为特斯拉的主要供应商。

董事长谈到了他们最近给特斯拉做外包的故事。

特斯拉的产品做得非常好,可是在产品好的背后是什么?

这里的核心就是DFM。

从狭义上来说,DFM是使设计更加符合生产的要求,也要求我们在设计时充分考虑生产的情况,让设计能够生产出来。

从广义上来说,DFM就是要设计符合多数化的生产要求,能够使设计的产品在生产上有更多的选择,降低成本。

特斯拉的很多生产都选择外包,只关注核心的设计环节,在产品设计之初就开展基于DFM思想的并行工程,将生产制造环节考虑进去,从而缩短时间,保证产品可以如期交付。

一般制造业基于新产品的设计和生产,从开模到生产,从制造到检验的整个环节需要很长时间,可是在外包企业给特斯拉供货的过程中却被要求缩短这个时间,举例来说,以前从开模到生产出产品的周期为6个月,特斯拉现在要求这个生产周期为2个月!这该如何做到呢?

秘诀就在于特斯拉的设计逻辑和数据,基于DFM的设计保证了整个生产过程和工艺设计的合理性和可行性,相关产品质量也有保证,另外基于打通的数据,通过测算,特斯拉可以测算出产品是否符合要求,从而不要求OEM厂家做测试。

这也是特斯拉的产品成本低、质量好、设计精湛的秘密,而且在整个产业链中,特斯拉掌握了设计,控制了生产环节的核心,从而将整个产业链的核心和利润牢牢掌握在自己的手中。

故事讲完了。可以看出对于企业来说,要想提供低成本、高质量的产品,同时缩短交货期,导入DFM势在必行。

但是DFM要想实现普遍应用,需要解决的问题不少。

首先DFM需要仿真和虚拟化达到很高的水平,并且虚拟产品可以满足真实制造的水准。

基于数字孪生的生产仿真应用有明显的优势。从产品研发角度来讲,质量是设计出来的。利用了制造工艺的数字孪生,DFM可以确保产品首次设计就取得成功。

数字孪生可以将产品的加工过程、装配过程用可视化的方式真实展现在设计人员面前,让设计人员可以在产品正式生产前就对产品设计的可制造性进行调整,从而实现真正的DFM,使得产品的质量设计水平得以提高。

其次需要考虑实施DFM花费的大量成本和时间。

新技术的成本往往很高,学习周期长,前期的积累和支撑要足够充分。尤其部署成本是非常敏感的要素,如果数字孪生的创建成本极大降低,投入产出比划算,就会有越来越多的企业使用。

随着虚拟化水平的提升,数字孪生的普及,DFM飞入寻常流程中并不是梦想。

如何使用数字孪生登顶

产业元宇宙?

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提到数字孪生,必然离不开数字线程(Digital Thread)这一概念。

数字线程是指利用先进建模和仿真工具构建的,覆盖产品全寿命周期与全价值链,从基础材料、设计、工艺、制造以及使用维护全部环节,集成并驱动以统一的模型为核心的产品设计、制造和保障的数字化数据流。

数字线程承载了贯穿系统价值链的作用,用来处理数字孪生有关的数据问题,连通产品全生命周期的数字孪生模型,实现整个生命周期相关信息的无缝集成,使产品设计、工艺规划、制造和运维过程中所产生的数据能够链接、追溯和管理。

通过数字线程,整个产品生命周期各阶段的关键数据可以实现同步,从而可以动态、实时地管理产品的技术状态,确保在发生变更时,各类产品信息的一致性。

从数字孪生到数字线程,我们看到了数据维度的丰富,也看到了一个自我改进、敏捷和互联的供应链,如何进行实时通信和操作。

登顶产业元宇宙,数字孪生还需要继续进化。

人们需要的不是电钻,而是墙上的洞;人们需要的不是墙上的洞,而是挂在墙上的画;人们需要的不是挂在墙上的画,而是美的体验。

产业元宇宙要让人们感受到美的体验。

因此在产业元宇宙中,设计服务提供者和最终用户将发挥重要作用。最终用户未必知道自己想要什么,需要具备设计能力的专业人士,提供设计服务,提高设计质量的一致性,降低设计的风险。

这时,用户体验和设计创新将会成为一个新的维度融入数字孪生,令产业元宇宙实现人们知识的传承,让个性化、高端服务的规模化成为可能。

产业元宇宙的攀登过程,就是不断丰富数据的维度,避免信息盲区的过程。

任何系统中都存在可见与不可见的问题。数据维度的增加,可以让我们更好的解决不可见的问题。

我们还是通过故事来说明。

电影《萨利机长》改编自一个真实的故事,全美航空1549号航班迫降事件。在遇到飞机两台发动机同时熄火后,萨利机长把飞机迫降在了哈德逊河,这个举措让机上155名乘客和机组人员全部获救。

但是,在事后调查的过程中,他的急救策略却遭到了质疑,调查组有人指出,根据模拟分析,飞机拥有足够的时间降落到备降机场,而不是水面上。

萨利机长查看模型方案后提出,这个模型没有到考虑“人的延迟反应时间”这一维度。于是经过调查组探讨,加上了一定的反应延迟时间,重新进行了多次分析,得到的结论都一致--即飞机坠毁。因此,调查结果最终认定机长的决策虽然具有一定危险性,却是正确的决策。

在这个故事中,萨利机长具有丰富的经验,提出了数据维度的缺失,识别了不可见的问题。但是在更多场景中,都有信息盲区的存在,管理者无法掌控全局,缺少将隐形问题显性化的手段。

使用数字孪生登顶产业元宇宙,需要为企业构建更全面、实时的数据洞察。

写在最后

划个重点:

第一,数字孪生是连接虚拟与现实的纽带,也是构建元宇宙的基础。简单易用、低成本的数字孪生应用,将会在产业元宇宙时代拔得头筹。

第二,数字孪生可以将产品的加工过程、装配过程用可视化的方式真实展现在设计人员面前,让设计人员可以在产品正式生产前就对产品设计的可制造性进行调整,从而实现真正的DFM,使得产品的质量设计水平得以提高。

第三,产业元宇宙的攀登过程,就是不断丰富数据的维度,避免信息盲区的过程。

最后,2022年农历新年将至,物联网智库谨祝您与家人平安喜乐、财源滚滚!


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