德勤《2020技术趋势报告》之数字孪生体（附报告下载）
- 作者：上海虎置文化集团有限公司
- 发布时间：2020-04-26
在第四次工业革命元年，美国咨询公司德勤发布了《2020技术趋势报告》，把数字孪生体列为2020年技术趋势之一。
近期，德勤正式发布《技术趋势2020报告》中文版，这是德勤第十一年发布技术趋势年度报告。
这份报告将持续致力于为您的企业提供未来18到24个月的技术洞察，基于德勤专家、全球顶尖企业、学术界和行业领袖以及领先的初创企业、风险投资人和技术供应商的洞察，探讨了推动转型变革的宏观力量，指出了五个可能在短期内引发颠覆性变革的关键新兴趋势，并分享了前沿企业的一线经验，也对未来的技术趋势进行了展望。
今年的技术趋势报告继续在开篇回顾了11年来的技术趋势发展，展示了技术趋势随时间推移的演进全过程，及最新宏观科技力量作为业务转型基础带来的共生效益，和不久的未来的新兴科技力量。
随着企业需要适应不断变化的技术带来的颠覆并对其迅速做出响应，德勤期望更多的IT和财务领导者更紧密的合作为创新融资寻找灵活的途径。
今年的报告提出的2020年五大重点趋势为：
1、数字孪生：连结现实与数字世界
长期以来，使用虚拟的模型来优化流程、产品或服务的想法并不新鲜。但随着具有更复杂的仿真和建模能力、更好的互操作性和IoT传感器以及电力系统可视化的数字化仿真平台和工具的广泛使用，使企业逐渐意识到创建更精细、更具动态感的数字化仿真模型成为可能。我们可以看到数字孪生技术能够在提高生产效率、优化供应链、改变预测域维护、有效缓解交通拥堵等领域发挥重要作用。
越来越多的企业，特别是那些从产品销售向产品+服务捆绑销售转变的企业，或销售即服务的企业，正在广泛应用数字孪生技术。随着企业能力和成熟度的不断提升，我们可以预见未来会有更多企业使用数字孪生技术进行流程优化、数据驱动决策，和设计新产品、新服务及业务模型。从长远来看，要释放数字孪生技术的全部潜力，需要整合整个生态系统中的所有系统与数据。
2、架构觉醒
越来越多的技术和首席高管们逐渐意识到，此刻，技术架构领域的科学在战略上比以往任何时候都更加重要。事实上，为了在被技术创新打乱的市场中保持竞争力，成熟企业就需要不断改进他们的架构——这个过程可以从改变技术架构师在企业内扮演的角色开始。在接下来的几个月里，我们期待有更多企业将架构师从传统象牙塔转移到新的阵地。这些富有才华但没有被充分利用的技术人才将通过担任服务和系统的职责，参与到系统运营当中。这种转变的目的非常明确：把经验最丰富的架构师安排到最需要他们的地方，比如，加入设计复杂技术的软件开发团队。同时，加大对架构师的人才培养，在整个企业范围内提升他们的战略价值，有助于把这一IT岗位的职能演化为数字经济中的竞争优势。
3、技术道德与信任
在不断变化的趋势中，先锋企业越来越意识到，企业内部每一个受技术影响的方面都可能成为取得或失去信任的关键。对他们而言，信任更是一个关键的企业目标，而不仅是合规或公共关系问题。如今，信任更作为先锋企业的一个全方位承诺，确保企业内部的技术、流程和人员等各个方面都能够齐心协力，维持众多利益相关者所期待的高度信任。企业领导者也开始重新评估他们在产品、服务以及有关数据管理、合作伙伴关系和员工培训等相关领域的策略是如何构建信任的。CIO们也纷纷强调“技术道德”，并开发出一套工具用来辅助企业：当企业需要引入并使用颠覆性技术时，能够准确洞察其中的道德困境。同时，那些将企业价值观和技术道德贯穿整个企业的领导者们正在向世人展示他们“从善”的承诺，这有助于与利益相关者建立长期的互信关系。
4、人感体验平台
越来越多的人工智能（AI）解决方案——将被称为“情感计算”或“情感AI”——正在重新定义我们感受技术的方式。在接下来的几个月里，更多的公司将积极响应人们对AI技术日益增长且没有被满足的需求，从而更好地了解人类感情并与人类互动。回顾历史，计算机一直无法将事件与人类的情感或情感因素联系起来，但这种情况正因创新者目前大规模地将情商(EQ)添加到技术的智商（IQ）中而发生改变。人感体验平台就是将人工智能技术、以人为本的设计和目前神经学研究相结合，从而能够识别人的情绪状态及背景内容，然后做出适当地响应。事实上，利用人感智能平台进行认知和大规模使用情感数据的能力确实是企业未来发展的一大重要机遇。
试想一下，你拥有一个现实世界，完美的数字副本：即数字孪生体(Digital Twin)。它可以帮助你开展虚拟协作，快速获取传感器数据并模拟条件，清楚地了解假设情景，更能精准地预测结果，并输出指令以操纵现实世界。
当下，企业正以多种方式使用数字孪生技术。在汽车和飞机制造领域，数字孪生技术逐渐成为优化整个制造价值链和创新产品的重要工具;在能源领域，油田服务运营商通过获取和分析大量井内数据，建立数字模型，实时指导钻井作业;在医疗保健领域，心血管研究人员正在为临床诊断、教育、培训，创造高仿真的人类心脏的数字孪生体；作为智慧城市管理的典型案例，新加坡使用详细的虚拟城市模型，用于城市规划、维护和灾害预警项目。
数字孪生体可以模拟物理对象或流程的各个方面。它们可以展示新产品的工程图和尺寸，也可以展示从设计到消费者整个供应链中所有子部件和相应环节——即“已建成”数字孪生体，也可采用“即维护“模式——生产车间设备的实物展现。仿真模型可以捕获设备如何操作，工程师如何维护，贯至该设备生产的产品如何与客户关联。数字孪生体可以有多种形式，但它们无一例外都在捕获和利用现实世界的数据。
Markets and Markets的最新研究表阴，对数字孪生技术的探索已经展开：2019年数字孪生体市场的价值为38亿美元，预计2025年将增至358亿美元。
是什么导致了这种猛增?数字孪生体并非新事物， 为何现在开始增长?自21世纪初以来，先锋企业已经开始摸索如何借助数字模型以改进产品和流程。尽管在当时数字孪生体潜力就已经显现，但很多企业发现，开发数字孪生体涉及大量数据，而处理这些数据所需的连通性、计算能力、数据存储以及带宽成本高昂，令人望而却步。
数字孪生体发展势头迅猛，得益于快速发展的仿真和建模能力、更好的互操作性和物联网传感器，以及更多可用的工具和计算的基础架构等。因此，各领域内的大小型企业都可以更多地接触到数字孪生技术。IDC预测，到2022年，40%的物联网平台供应商将集成仿真平台、系统和功能来创建数字孪生体，70%的制造商将使用该技术进行流程仿真和场景评估。
与此同时，通过访问大量数据，使得创建比以往更为详细、更为动态化的仿真成为可能。对于数字孪生体的长期用户而言，这就好比从模糊的黑白快照过渡到彩色高清数码照片一样，从数字源中获取的信息越多，最后呈现的照片就越生动逼真。
模型+数据=洞察力和实际价值
数字孪生体功能最初是工程师工具箱里的一种选择工具，它可以简化设计流程，削除原型测试中的许多方面。通过使用3D仿真和人机界面，如增强现实和虚拟现实，工程师可以确定产品的规格、制造方 式和使用材料，以及如何根据相关政策、标准和法规进行设计评估。数字孪生体可以帮助工程师在确定设计终稿之前，识别潜在的可制造性、质量和耐用性等问题。因此，传统的原型设计速度得以提升， 产品以更低成本，更有效地投入生产。
除设计之外，数字孪生体还有望改变企业在对产品和机器进行预测性维护的方式。机器内嵌入的传感器将性能数据实时传输到数字孪生体，这不仅可以预先识别和解决故障，还可以定制服务和维护计划，更好地满足客户的个性化需求。近期， 荷兰皇家壳牌公司启动了一项为期两年的数字孪生体计划，以帮助石油及天然气运营商更加高效地管理海上资产，加强工人安全保障，及探索可预见的维护时机。
数字孪生体有助于优化供应链、分销和运营，甚至还可以优化上述业务相关的每个员工的个人表现。举例来说，全球快消产品制造商联合利华启动了一个数字孪生体项目，旨在为旗下数十家工厂创建虚拟模型。在这些工厂内，物联网传感器被嵌入到机器内部，向AI和机器学习应用程序反馈机器性能数据，并进行分析。分析后的操作信息再输入到数字孪生体中，从而帮助工人预测机器维护的时机、优化产出并提高产品合格率。
再比如，智慧城市计划正使用数字孪生技术来缓解交通拥堵、进行城市规划等。新加坡雄心勃勃的“虚拟新加坡计划”让一切成为可能，从规划基站和太阳能电池，到模拟交通方式和人流量。另一个潜在用途，可能是在新加坡年度F1赛车的封路期间， 用于紧急疏散计划和路线安排。
新事物
过去十年来，由于以下几个因素，数字孪生技术的部署一直在加速：
仿真。构建数字孪生技术所需工具的能力和成熟度都在不断提高。现在，人们可以设计复杂的假设仿真情景，从探测到的真实情况回溯， 执行数百万次的仿真流程也不会使系统过载。而且，随着供应商数量的增加，选择范围也在持续扩大。同时，机器学习功能正在增强洞察的深度和使用性。
新的数据源。实时资产监控技术如LIDAR(激光雷达)与FLIR(前视红外)产生的数据，现在已经可以整合到数字孪生体内。同样地，嵌入机器内部的或部署在整个供应链的物联网传感器，可以将运营数据直接输入到仿真系统中，实现不间断的实时监控。
互操作性。过去十年里，将数字技术与现实世界相结合的能力已经得到显著提高。这一改善主要得益于物联网传感器、操作技术之间工业通讯标准的加强，以及供应商为集成多种平台做的努力。
可视化。创建数字孪生体所需的庞大数据量可能会使分析变得复杂，如何获得有意义的洞察就变得更具挑战性。先进的数据可视化可以通过实时过滤和提取信息来应对该挑战。最新的数据可视化工具除了拥有基础看板和标准可视化功能之外，还包括交互式3D、基于VR和AR 的可视化、支持AI的可视化以及实时媒体流。
仪器。无论是嵌入式的还是外置的物联网传感器都变得越来越小，并且精确度更高、成本更低、性能更强大。随着网络技术和网络安全的提高，可以利用传统控制系统获得关于真实世界更细粒度、更及时、更准确的信息，以便与虚拟模型集成。
平台。增加功能强大且价格低廉的计算能力、网络和存储的可用性和访问是数字孪生技术的关键促成要素。一些软件公司在基于云平台、物联网和分析技术领域进行了大量投资，紧跟数字孪生体潮流。其中部分投资正在用于简化行业特定数字孪生体应用的开发工作。
成本与收益
为数字孪生体提供动力的AI和机器学习算法需要大量数据，但多数情况下，生产车间的传感器所输入的数据可能已经损坏、丢失，或不完整。因此， 团队应该立即开始收集数据，尤其是在问题数量最多、停机成本最高的地区。从现在开始逐步开发必要的基础设施和数据管理方法，可以帮助企业缩短获益时间。
平衡成本/收益分析至关重要。现代飞机引擎上可以有成千上万个传感器，每秒可生成数万亿字节的数据。
即使是针对新流程、系统和设备而创建数字孪生体，也不是都能完美地测试整个流程。对于化学和生物反应或在极端情况下，可能无法直接测量 过程本身;而在某些情况下，测量一个物理对象可能成本过高或不太实用。因此，企业需要寻找一些代替物(比如，利用车辆上的设备和传感器，而不是直接将传感器放入轮胎里)，或者利用可以检测的元素(比如，化学或生物反应所产生的光线或热量)。
另外，随着传感器成本的下降，平衡成本/收益分析对确定使用传感器数量至关重要。现代飞机引擎上可以有成千上万个传感器，每秒可生成数万亿字节的数据。结合数据孪生体、机器学习和预测模型，制造商可以提供各类建议，帮助飞行员优化燃油消耗、进行预测性维护、帮助机队管理成本等。然而，大多数应用只需在重要位置部署少量的传感器，即可检测流程内的关键输入输出数据，以及关键阶段。
模型之外
未来几年里，我们将看到数字孪生技术在各行业中的广泛部署。在物流、制造和供应链领域，运用机器学习和先进网络连接(比如5G)的数字孪生技术，将更多地跟踪、监测、规划路线和优化整个工厂和世界各地的货物流，使得货物位置和所处环境(温度、湿度等)变得实时可见。在无需人为干预的情况下，“控制塔”可以指挥库存转移、调整装配线工艺步骤或重新规划集装箱路线等纠正措施。
一些从产品销售向产品+服务模式，或销售即服务(As-a-service)转型的企业，正在开拓新的数字孪生技术应用。把数字孪生体与嵌入式传感器相连接，将其用于财务分析和预测，可以改善和优化预测、定价和增销机会。
例如，企业可以监测产品磨损程度更高的使用情况，为其提供额外的保修或维护选项。企业可以在农业、交通和智能楼宇等多种行业以服务的形式销售产出或吞吐量。随着能力和成熟度的增加，预计未来会有更多企业以数字孪生体为模型，为产品和服务寻求新的货币化战略。
数字未来建模
随着数字孪生技术趋势在未来几年的加速，可能会有更多企业开始探索使用数字孪生技术来优化流程、实时制定以数据为驱动的决策，以及设计新的产品、服务和商业模式的机会。在资本密集型产业，比如制造业、公用事业和能源，已是数字孪生技术应用的先驱。当早期实践者在各自行业领域内展现出先发优势时，其他企业也将紧随其后。
长期来看，若想要实现数字孪生技术的全部潜力，可能需要集成整个生态圈内的系统和数据。创建一个完整的客户生命周期或供应链(囊括了一线供应商和其自身的供应商)的数字化仿真，可以提供富有洞察力的宏观运营观点，但仍然需要将外部实体整合到内部数字化生态系统内。直至今日，大多数企业仍对点对点连接之外的外部集成感到不满意。克服这种犹豫可能是一个长期挑战， 但最终，所有的付出都将是值得的。未来，期望企业会利用区块链打破信息孤岛，继而验证信息并将其输入数字孪生体中。这可以释放先前无法访问的大量数据，从而使仿真更加细节化、动态化、更具潜在价值。
现在，是时候将你的数字企业从黑白时代转换到彩色时代了。你准备好了吗?
