西門子“數位化雙胞胎”戰略內涵與建築數位化未來
Frist Choice Able Person Solutions
2016年德國漢諾威工業博覽會上，西門子CEO凱颯贈送給美國總統奧巴馬一副卡拉威高爾夫球杆。這份禮物的獨特之處在於，它誕生於一個“數位化”的世界。
這是根據他的體重、揮杆姿勢和力量等所有相關因素量身定制的一根球杆，造價卻與普通的球杆沒有區別。這套球杆即所謂的“大規模定制化生產的產品”。
而背後的”數位化“世界即由”數位化雙胞胎“戰略所支撐。
在此次博覽會上西門自翔實地展示了其先進的數位化企業解決方案。
西門子形象地稱之為“數位化雙胞胎”（DigitalTwin），包括“產品數位化雙胞胎”、“生產工藝流程數位化雙胞胎”和“設備數位化雙胞胎”，完整真實地再現了整個企業，
西門子安貝格數位化工廠，這裡每秒就可以生產出一件西門子SIMATIC系列自動化產品，
西門子”數位化雙胞胎“戰略的兩大支撐平臺
Teamcenter是不可或缺的平臺
門子通過收購全球產品生命週期管理（PLM）領域軟體與服務的市場領導者UGS公司獲得了“Teamcenter”軟體。
製造企業需要交付的產品複雜程度越來越高，同時還要優化生產效率，
西門子大大小小收購了50家軟體企業，從而擴充其產品線、增加軟體組合，搭建一個更為豐富的平臺。
製造業價值鏈看作是五個部分：產品設計、生產規劃、生產工程、生產製造及服務，通過Teamcenter這一協同平臺，即時動態地調整產品設計乃至整個價值鏈。
中國核電工程有限公司（下稱“中國核電”）也選擇了Teamcenter軟體來提升核電站設計的效率。該公司採用了這一軟體來搭建統一、集成的設計資訊管理系統，為跨專業、跨地域和跨部門的員工提供權威和統一的設計資訊資料來源。通過幫助設計人員在全公司範圍內及時獲得準確的最新消息，而這一軟體系統也將提升整體設計管理效率，同時為設備採購和土建安裝以及系統調試提供支援。從傳統的設計管理升級轉型為數位化設計資訊管理系統，中國核電圍繞著設備、系統和工廠展開了各個專業協同的設計與資訊管理。
MindSphere工業雲
西門子的MindSphere平臺更應被看成是工業領域的“雲計算”引領者。它可以為工廠進行全套的流程設計與服務，還可為中小企業及OEM廠商做雲計算處理與服務。
西門子認為”雲“只是一個支援條件，最終目的是要將現實和虛擬世界相結合、相連接，在這裡你可以看到不同的設備，它們都在提供資料。這些設備基於西門子的技術，並使用了西門子的工具，使客戶將資料上傳至雲平臺中。
波音把基於雲計算的航空分析應用轉移到微軟的Azure平臺上，以分析客戶和其他資訊來源提供的大量資料集，目前300多家航空公司在使用波音的航空分析應用。這一雲平臺的使用實則在幫助波音於2025年將商用與軍用服務業務年收入提升至500億美元，在今年的基礎上增長2倍以上。
基於雲計算、“數位化雙胞胎”的數位化企業，其運行方式也將更為高效、安全和高性價比。
”數字雙胞胎“理念的出現
數字雙胞胎（Digital Twin）也被翻譯成數字孿生，Wikipedia對其的解釋為“Digital twin refers to computerized companions of physical assetsthat can be used for various purposes.A digital twin uses data from sensorsinstalled on physical objects to represent their near real-time status， workingcondition or position.”
數位雙胞胎是指可以用於各種目的的物理資產的電腦化伴侶。數位雙胞胎使用安裝在物理物件上的感測器的資料來表示其近即時狀態，工作狀態或位置。
模擬是Digital Twin的基石
利用模擬技術，可以：
•在虛擬世界中建立物理系統的映射，利用該映射展示產品的性能或工藝過程。
•類比並監控物理系統的真實使用，用於培訓產品的維護和使用人員。
•對物理系統的性能進行評估，對故障或使用問題進行診斷，尋找根本原因。
•預測系統故障，提前制定規劃或者維護方案，優化系統的使用性能，提高系統使用壽命。
重視對模擬模型的“訓練”
數字雙胞胎的兩個重要模型
數位胞胎有兩個重要模型，一是實體的物理模型，二是虛擬模型。虛擬模型是在電腦中，利用數學、統計、圖形、邏輯規則等不同方式進行模擬得到的模型，並與物理模型之間通過通訊、感知，緊密地結合起來。
在Digital Twin裡虛擬模型起到非常重要的作用。
數位雙胞胎的四個層次
數位胞胎的發展有四個層次，也體現了虛擬模型在Digital Twin中的作用。第一個層次模型映射，即建立物理物件的虛擬映射；第二次層次是監控與操縱，即在虛擬模型中反映物理物件的變化；第三層次是診斷，即發生異常時尋找根本原因；第四層次是預測，即預測潛在風險，合理規劃產品或設備的維護。這四個層次應用的背後體現的是模擬的精度與效率，數位雙胞胎層次越高，對其要求也就越高。
LEVEL1-模型映射
模型映射即在電腦裡建立物理物件的虛擬模型，利用虛擬模型反映真實物理對像的狀態。從嚴格意義上這並不是一個完整的Digital Twin，因為沒有通過感測器獲取實體模型的信號，從這個角度來說，這是Digital Twin最低的層次。
Level 2-監控與操縱
利用數位雙胞胎實現監控和操作，即把實體模型和虛擬模型連接在一起，通過虛擬模型反映物理物件的變化。
金風科技在風力發電設備上基本能實現該層次。
風力發電機的即時監控案例，左邊是風機的虛擬模型，右邊是正在運行的物理風機的各種信號，隨著風速的調整迎角會發生變化。將變化參數輸入到虛擬模型中，通過對虛擬模型的監測，可以實施更好的控制策略，例如風機的葉片會不會因為風速過大發生變形，或者對震動頻率會有什麼樣的影響，當風速超過一定程度後，需不需要做出停機等操作，或者風速在一定範圍的時候要如何改變迎角獲取更大的發電效率，這些操作策略需要利用對即時的資料監測，並反應到虛擬模型中，從而對控制行為作一個更好的決策。還包括飛行模擬器也是一個比較典型的數字雙胞胎監控和操作案例。
Level 3-診斷
診斷即當設備發生異常時，用模擬手段尋找根本原因。
監控與診斷/預測的區別。監控允許調整控制輸入，並獲得系統回應，但過程中不允許改變系統自身的設計。診斷/預測允許調整設計輸入，判斷系統的影響。
虛擬路面技術（v-RLDA）能夠便捷實現整車設計狀態的變更，即時體現設計變更的性能狀態。如通過虛擬路面技術，可以在虛擬路面上進行模擬，車輛配用等可以隨意更改，更改了之後放到虛擬路面上去運行，不僅大幅度提高開發速度，另外對設計缺陷也可以早期發現。
Level 4-預測
預測是最高層級，幫助企業預測潛在風險，合理規劃產品或設備的維護。
GE也在做同樣的事情，並建立了完整的Digital Twin模型。對於發動機內所有的零部件，尤其是一些關鍵的零部件，如軸承類部件，對異常的預測已經可以達到提前60天，而不是之前的20~30天。這樣，就可以提前準備維修保養計畫，備品備件，大幅降低運營成本。
DigitalTwin型——GE Predix
建築數位化的未來
好奇號火星探測器與無人施工機械
2012年登陸火星的好奇號探測器，在研發過程中使用了西門子產品全生命週期管理（PLM）軟體，在虛擬的世界中模擬火星重力場、太陽輻射等環境，為好奇號日後準確無誤的著陸、並接受各種環境考驗打下了基礎。
無人施工機械從技術角度早已不是問題，目前受阻於商業化，但科技應用創新一日千里的今天，這點應該很快會被突破。
伊隆·馬斯克無聊公司”的隧道挖掘機Godot
傳統的隧道建設可以簡單分為兩個步驟：一是隧道挖掘，二是使用水泥等材料加固剛剛挖掘的部分（防止坍塌），步驟間的轉換既消耗時間，又消耗財力。
馬斯克和TBC正著手研發一台可以一邊挖掘，一邊加固四周的隧道挖掘機，此外他還打算增加挖掘機的功率和耐熱性至現有的4～5倍，從而減少運行費用。
表面看一台無聊的機器可能顛覆隧道工程行業，而背後的支撐系統離不開”數位雙胞胎“應用。
MindSphere工業雲
西門子的MindSphere平臺更應被看成是工業領域的“雲計算”引領者。它可以為工廠進行全套的流程設計與服務，還可為中小企業及OEM廠商做雲計算處理與服務。
西門子認為”雲“只是一個支援條件，最終目的是要將現實和虛擬世界相結合、相連接，在這裡你可以看到不同的設備，它們都在提供資料。這些設備基於西門子的技術，並使用了西門子的工具，使客戶將資料上傳至雲平臺中。
波音把基於雲計算的航空分析應用轉移到微軟的Azure平臺上，以分析客戶和其他資訊來源提供的大量資料集，目前300多家航空公司在使用波音的航空分析應用。這一雲平臺的使用實則在幫助波音於2025年將商用與軍用服務業務年收入提升至500億美元，在今年的基礎上增長2倍以上。
基於雲計算、“數位化雙胞胎”的數位化企業，其運行方式也將更為高效、安全和高性價比。
”數字雙胞胎“理念的出現
數字雙胞胎（Digital Twin）也被翻譯成數字孿生，Wikipedia對其的解釋為“Digital twin refers to computerized companions of physical assetsthat can be used for various purposes.A digital twin uses data from sensorsinstalled on physical objects to represent their near real-time status， workingcondition or position.”
數位雙胞胎是指可以用於各種目的的物理資產的電腦化伴侶。數位雙胞胎使用安裝在物理物件上的感測器的資料來表示其近即時狀態，工作狀態或位置。
模擬是Digital Twin的基石
利用模擬技術，可以：
•在虛擬世界中建立物理系統的映射，利用該映射展示產品的性能或工藝過程。
•類比並監控物理系統的真實使用，用於培訓產品的維護和使用人員。
•對物理系統的性能進行評估，對故障或使用問題進行診斷，尋找根本原因。
•預測系統故障，提前制定規劃或者維護方案，優化系統的使用性能，提高系統使用壽命。
重視對模擬模型的“訓練”
數字雙胞胎的兩個重要模型
數位胞胎有兩個重要模型，一是實體的物理模型，二是虛擬模型。虛擬模型是在電腦中，利用數學、統計、圖形、邏輯規則等不同方式進行模擬得到的模型，並與物理模型之間通過通訊、感知，緊密地結合起來。
在Digital Twin裡虛擬模型起到非常重要的作用。
數位雙胞胎的四個層次
數位胞胎的發展有四個層次，也體現了虛擬模型在Digital Twin中的作用。第一個層次模型映射，即建立物理物件的虛擬映射；第二次層次是監控與操縱，即在虛擬模型中反映物理物件的變化；第三層次是診斷，即發生異常時尋找根本原因；第四層次是預測，即預測潛在風險，合理規劃產品或設備的維護。這四個層次應用的背後體現的是模擬的精度與效率，數位雙胞胎層次越高，對其要求也就越高。
LEVEL1-模型映射
模型映射即在電腦裡建立物理物件的虛擬模型，利用虛擬模型反映真實物理對像的狀態。從嚴格意義上這並不是一個完整的Digital Twin，因為沒有通過感測器獲取實體模型的信號，從這個角度來說，這是Digital Twin最低的層次。
Level 2-監控與操縱
利用數位雙胞胎實現監控和操作，即把實體模型和虛擬模型連接在一起，通過虛擬模型反映物理物件的變化。
金風科技在風力發電設備上基本能實現該層次。
風力發電機的即時監控案例，左邊是風機的虛擬模型，右邊是正在運行的物理風機的各種信號，隨著風速的調整迎角會發生變化。將變化參數輸入到虛擬模型中，通過對虛擬模型的監測，可以實施更好的控制策略，例如風機的葉片會不會因為風速過大發生變形，或者對震動頻率會有什麼樣的影響，當風速超過一定程度後，需不需要做出停機等操作，或者風速在一定範圍的時候要如何改變迎角獲取更大的發電效率，這些操作策略需要利用對即時的資料監測，並反應到虛擬模型中，從而對控制行為作一個更好的決策。還包括飛行模擬器也是一個比較典型的數字雙胞胎監控和操作案例。
Level 3-診斷
診斷即當設備發生異常時，用模擬手段尋找根本原因。
監控與診斷/預測的區別。監控允許調整控制輸入，並獲得系統回應，但過程中不允許改變系統自身的設計。診斷/預測允許調整設計輸入，判斷系統的影響。
虛擬路面技術（v-RLDA）能夠便捷實現整車設計狀態的變更，即時體現設計變更的性能狀態。如通過虛擬路面技術，可以在虛擬路面上進行模擬，車輛配用等可以隨意更改，更改了之後放到虛擬路面上去運行，不僅大幅度提高開發速度，另外對設計缺陷也可以早期發現。
Level 4-預測
預測是最高層級，幫助企業預測潛在風險，合理規劃產品或設備的維護。
GE也在做同樣的事情，並建立了完整的Digital Twin模型。對於發動機內所有的零部件，尤其是一些關鍵的零部件，如軸承類部件，對異常的預測已經可以達到提前60天，而不是之前的20~30天。這樣，就可以提前準備維修保養計畫，備品備件，大幅降低運營成本。
DigitalTwin型——GE Predix
建築數位化的未來
好奇號火星探測器與無人施工機械
2012年登陸火星的好奇號探測器，在研發過程中使用了西門子產品全生命週期管理（PLM）軟體，在虛擬的世界中模擬火星重力場、太陽輻射等環境，為好奇號日後準確無誤的著陸、並接受各種環境考驗打下了基礎。
無人施工機械從技術角度早已不是問題，目前受阻於商業化，但科技應用創新一日千里的今天，這點應該很快會被突破。
伊隆·馬斯克無聊公司”的隧道挖掘機Godot
傳統的隧道建設可以簡單分為兩個步驟：一是隧道挖掘，二是使用水泥等材料加固剛剛挖掘的部分（防止坍塌），步驟間的轉換既消耗時間，又消耗財力。
馬斯克和TBC正著手研發一台可以一邊挖掘，一邊加固四周的隧道挖掘機，此外他還打算增加挖掘機的功率和耐熱性至現有的4～5倍，從而減少運行費用。
表面看一台無聊的機器可能顛覆隧道工程行業，而背後的支撐系統離不開”數位雙胞胎“應用。