最近在網際網路、科技界、投資界等不同領域爆紅的“元宇宙”概念，相信很多人都聽說了。在各種“PPT”裡，很多人已經對元宇宙的概念進行了非常全面和直觀的闡述。總的來說，最重要的點可以總結為一句話：元宇宙是一種與傳統物理世界平行的全息數字世界。
是不是感覺有點眼熟？尤其是，如果你瞭解工業網際網路或工業物聯網的話，此時肯定有個概念會立即出現在腦海中：數字孿生！
數字孿生是什麼？
數字孿生並不是一個新概念，它早就應用於監控、模擬和簡化離散裝置資料等領域。數字孿生具有的強大的模擬能力，藉此，員工和智慧系統通過迭代式協作可大幅縮短產品設計和製造週期，進而讓企業在模擬環境中完成更多的產品測試，在實體制造環節之前進行完善，從而節省時間和成本，讓產品更貼近客戶需求。這樣，企業可以零風險地探索新產品創意，無限擴充場景。
Gartner曾連續三年（2017-2019年）將數字孿生列為十大新型技術之一，而根據IDC的報告顯示，到2020年底，65%的製造企業將利用數字孿生運營產品和/或資產，25%的企業希望藉助數字孿生降低質量缺陷成本和服務交付成本，可見數字孿生在企業數字化轉型中擁有著巨大的應用前景和空間。
隨著市場需求的變化，數字孿生已經發展到第三階段。第一代與第二代數字孿生均與裝置緊耦合，無法彌合生產計劃與執行之間的斷層。而第三代數字孿生從業務需求出發，構建物理世界與數字世界通用的語言，讓人工智慧不但完成感知、分析、決策、執行的閉環，還能通過對生產目標的理解，在遇到突發事件的情況下，實時反饋交付訂單最佳路徑。
現如今，我們已經迎來了第三代數字孿生，以微軟Digital Twin服務為代表，領跑第三代數字孿生。這個階段，企業追求的不僅是傳統的，為“人”做分析決策提供模擬模擬支援的數字孿生，更是能實時感知物理世界、為人工智慧做多維度、近實施分析決策提供線上資料支援、並回到物理世界迅速執行的數字孿生——通過數字孿生實現資產和專案資料的收集、視覺化和情景化，再通過機器學習實現分析、預測並賦能前線人員作出實時決策——其核心價值已從模擬擴充套件到決策與運營。
第三代數字孿生解決了什麼問題？
根據IDC的分析，70%的製造企業已經開始把包括業務端的數字化轉型專案列為企業的核心戰略地位；同時有77%的CEO將快速響應視為企業獲得競爭優勢的核心動力。
在過去供小於需的時代，工業3.0的出發點是滿足單個產品大規模定製的需求。而近二十年來，我們所立足的市場發生了翻天覆地的變化，消費者對於產品的需求越來越個性化，轉化成對生產端的要求越來越碎片化；近年來由於疫情與地緣政治的衝擊，供應鏈波動嚴重，工業3.0所建立起來的穩定的、大規模的、標準化的生產體系已無法應對，迫使製造企業加速利用數字化技術，提升敏捷響應的能力，鍛造企業韌性。
簡而言之，智慧製造解決的是從標準化到敏捷應變的問題，而提升敏捷應變能力的具體措施就是加速“感知-分析-決策-執行”這個製造運營管理閉環。為了加速這個管理閉環，我們需要數字孿生解決“感知”與“執行”問題，需要人工智慧解決“分析”與“決策”問題。
應用場景有哪些？
衡量“敏捷”的計量單位是“響應時間”。響應時間以“事件發生”為起點，經過“事件獲知”、“根因分析”、“決策”到“執行”所需的時間。“事件”包含的範圍很廣，比如，需求端的訂單狀態及其變更、供應鏈端的物料狀態及其遲到事件、生產端的產能狀態、非計劃停機等。
原則上，任何可以通過數字孿生與人工智慧手段縮短響應時間，提升製造企業敏捷響應能力的領域都是智慧製造的應用領域。
製造企業不管做任何的計劃，最終都要進行物理執行並交付一個物理產品。這裡面涉及四個關鍵要素：一是生產資源，也就是人、機、料等；二是生產內容，也就是訂單；三是生產工藝，也就是製造流程和路線；四是生產管理，也就是車間、工廠或企業的組織架構。
我們把物理世界的四個要素用數字化的方式表達出來，創造一個人工智慧所能理解的映象世界，或“元宇宙”，通過人工智慧作出實時分析、預測與決策。
在智慧製造的語境下，第三代數字孿生可以在三個不同層級發揮作用：
- 在車間層，它可以通過“物數融合”實現“自適應的生產執行”；
- 在企業層，能夠對產品質量、成本、交期和安全環境保障等維度進行優化；
- 在產業層，則有助於實現上下游的動態協同。
在此，我們舉一個食品企業的例子，幫助大家更好地理解數字孿生的作用。
面對全球佈局的供應鏈和生產工廠，降本增效和可持續性是擺在眾多國際生產企業面前的一道難題。以一家食品企業為例，生產裝置只要出現微小的引數偏移，就會導致零售包裝內的產品過多或過少，過多則出現非質量成本，過少則變成質量事件。從成本的角度來看，這種現象會造成大量的人工消耗與材料損失。
為了解決這一問題，微軟、埃森哲、和埃維諾三方合作，為該企業搭建了智慧製造數字孿生平臺。該平臺將機器學習技術融入數字孿生中，利用大量真實生產資料來建立產線模型，再通過物聯網、邊緣計算和雲端計算的結合找到生產線的優化點，從而大幅提高生產效率、減少人工與材料浪費。該企業目前正在全球範圍內推廣此數字化工廠解決方案。
如何規劃實施？
微軟與其全球領先的合作伙伴埃森哲和埃維諾一起，正在幫助不少領軍企業構建跨越組織全要素的智慧化數字孿生，並致力於通過組合應用該技術創造與現實世界的工廠、供應鏈、產品全生命週期一致的智慧孿生網路。
在技術層面，將大資料、數字孿生和人工智慧進行整合是構建智慧製造技術平臺的關鍵所在。在應用層面，如何推動變革與管控風險是應用實施的焦點。我們建議採用“全域性規劃、小步快跑、規模推廣”的變革管理辦法。
- 全域性規劃：工業3.0的核心管理思想是標準化，使能技術是流程資訊化與生產自動化；工業4.0的核心管理理念則是敏捷應變，使能技術是數字孿生與人工智慧。這就對製造企業在過去二三十年形成的管理思想、管理架構、組織文化與人才儲備提出了全新要求。所以在開展具體專案之前，公司從高層到執行一線人員都需要對智慧製造的理念、方法與技術有統一認識。
- “小步快跑”即驗證迭代。在很大程度上，智慧製造就是通過數字化與智慧化手段實現精益的過程，既消除在生產製造過程中不產生客戶價值的“浪費行為”，同時基於最小可行性產品（MVP）進行試點驗證並持續改善，在短短10-15周的時間裡，以最短時間、最小成本，驗證概念可行性，並對其進行必要的迭代更新。
- “快速推廣”即規模化應用。在驗證了概念的可行性之後，企業需要做的就是快速將其實現規模化應用，讓創新的價值輻射更廣範圍。這裡既可以是不同生產線之間的複製推廣，也可以是不同業務單元、不同工廠公司、上下游不同夥伴，乃至國內與海外市場的升級換代。
實施案例？
某全球大型國際快消巨頭希望加速在製造和供應鏈兩個環節端到端的數字化轉型，從而實現以資料驅動運營決策。因此，他們開展了多年的數字化工廠建設，但依然面對系統化、平臺化和場景化三個方面的挑戰。
微軟、埃森哲、埃維諾和客戶各部門通力協作，採取了“全域性規劃、小步快跑、快速推廣”的落地方式，先從一類日化產品入手，基於微軟Azure構建了其生產過程的數字孿生模型，並利用機器演算法優化生產工藝與流程，實現對關鍵資產裝置的雙向控制。由於試點成效顯著，我們在短短一年半內幫助客戶把數字孿生從幾家工廠推廣到全球數十家工廠，從全域性來看，建立了智慧製造平臺戰略的基礎，以及以資料驅動決策的組織文化。
微軟Azure物聯網創新營 – 製造業數字化轉型專場
我們特地組織和安排了微軟Azure 物聯網創新營。目的是希望有更多的優質的客戶和合作夥伴能夠了解我們的產品，用產品價值解決目前業務的問題，瞭解更多的使用場景，發掘潛在需求，並通過動手實驗更好熟悉產品的服務和使用。
12月1日，微軟Azure 物聯網技術動手訓練營首期課程正式拉開帷幕！我們將會聚焦在製造行業物聯網的應用場景：包含工廠智慧化，柔性供應鏈，基於資料的預測性維護，數字孿生等，誠邀您的參與！
時間：2021年12月1日 | 09:00-16:00
活動地點：微軟人工智慧和物聯網實驗室（上海市浦東新區川和路55弄19號樓4層）
(本文作者：張思民埃森哲大中華區工業X業務董事總經理及埃森哲大中華區工業X 團隊；微軟物聯網團隊；埃維諾智慧製造團隊。）