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物流和供应链中的“数字孪生”手艺应用
【导读】数字孪生（DigitalTwin）的看法，近年来逐渐为各至公司、行业所重视，并在研发、生产、物流等环节普遍应用 。数字孪生的最新内在是什么？它的普及关于物流和供应链又有何影响?
数字孪生的基本特征
早在2002年，“数字孪生”由Dr. Grieves首先提出，并一直富厚和生长 。它是一种将实体天下和虚拟数字天下细密联系的手艺 。在先进数字科技的支持下，在盘算机内里可以准确反应物体（如某个工业产品）的目今状态，纪录其历史生长历程，并对其未来举行展望 。
由于数字孪生实现了数字天下和物理天下之间的高度匹配，以是又被称为“数字双胞胎” 。它既可以描绘原子的运动，也可以在盘算机中跟踪一小我私家的生老病死历程，甚至模拟一座都会/一个国家生长的生命周期 。虽然，还可以用来描绘物流和供应链的运作 。
（图1 仿真手艺逐步进化成了今天的“数字孪生”，图片泉源：DHL研究院）
数字孪生和仿真（Simulation）有着亲近的联系 。DHL研究院以为，今天的数字孪生现实上是仿真手艺一直升级的产品 。古板仿真手艺，在某种意义上起源实现了数字天下和物理天下的对应：在某个实体产品/服务真正落地之前，就可以在电脑中对其性能作起源的模拟验证，并凭证效果来实时修正计划 。
然而，到了最近的“数字孪生阶段”，数字模拟的精度提升到了亘古未有的水平（拜盘算机科技以及先进传感器提供的大数据所赐） 。信息反响的偏向也不再是单向的“盘算机指导实体天下”，而是可以从实体天下反响到盘算机数字天下，再从数字天下到实体：两者之间循环交互，密不可分，以至于数字版本可以和现实天下“同步生长” 。
相比于古板仿真而言，数字孪外行艺不但性能大为增强，并且本钱也逐步下降 。许多专家以为，Digital Twin已经到了周全普及的临界点 。其市场份额的年增添率或凌驾30% 。
（图2 Digital Twin背后的虚实映射关系，图片泉源：德勤）
关于数字和实体天下的“孪生”关系，在图2中有越发直观的形貌 。从物理天下到数字天下，靠的主要是传感器等数据网络装置（sensors, actuators）；而从数字到物理天下，则依赖于数据治理和剖析（analytics） 。数字孪生是对物理实体的唯一无二表达，既形貌其静止状态，也形貌其动态行为 。并且，还可以从大数据中推测出未来的生长趋势，为实体提供最优决议支持 。
数字孪生的应用条件
数字孪生的快速生长，主要依赖于五项要害手艺：
（1）物联网（IoT），以低本钱传感器网络实体天下的大宗数据；
（2）云盘算（Cloud Computing），为大宗数据的存储和处置惩罚提供（足够无邪的）基础设施支持；
（3）接口标准（API & Open Standards），让IT开发职员能够无邪使用外界资源，阻止“重复造轮子”，站在巨人肩膀上立异；
（4）人工智能（AI），让我们能发明大宗数据中的纪律，作出最优决议；
（5）虚拟现实/增强现实/混淆现实（VR/AR/MR）：让数字天下显得越发“真实” 。
（图3 数字孪生基于“解耦”，将工具拆分成足够小的�？椋�
图片泉源：英诺维盛公司）
无论古板仿真，照旧强盛的数字孪生，其手艺应用的条件都是对实体工具举行建模，用数学语言对其举行描绘 。而建模的条件则是将工具举行足够详尽的剖析，细分之后再组合成一个数字整体（”If you can’t create it, youdon’t understand it ”） 。
工具的剖析可以有“横向”和“纵向”两个维度 。凭证著名智能制造专家赵敏先生的叙述: “横向剖析”是从生命周期的角度，把实体产品生长的历程划分成“需求剖析”、“计划设计”、“加工制造”等若干个阶段，一直到最后的“维护治理”和“产品退役”为止 。而“纵向剖析”则是在任一时间点，将工具逐层剖析为细小的�？� 。例如：飞机这样的大型重大工业品也可以分为“系统”、“子系统” 。 。“元器件/零件”、“原质料”等各个条理，如图3所示 。
将工具划分得越细，数字天下的镜像就会越逼真，并且对数字模子的更新迭代也会更快（每次只需要更新一个小�？榧纯桑� 。这和IT领域近年盛行的“微服务”理念也是一致的 。
数字孪生的应用领域
数字孪生应用的领域很广，图4中提到的七个方面是较为典范的：
（图4 数字孪生的七大应用领域）
1、在生产制造领域，可以用数字孪生对生产历程举行充分模拟，确定最优工艺参数等，从而提高生产质量、降低运营本钱 。
2、在质料研发领域，可以对州差别的质料设置举行剖析和较量，展望其性能 。
3、在工业品应用领域，可以对一些大型产品的使用情形举行一连监控，例如航空发念头，或是应用在极端天气条件下的电力装备——这类产品的“售后”状态很难通过人力监控，但用数字化手段则可以看得越发清晰 。
4、在医疗康健领域：一方面可以对CT机等大型医疗装备的性能举行仿真和数字化追踪；另一方面，也可以对植入人体的心脏起搏器等装备作建模剖析，甚至为“活的”人体生物组织建设数字镜像 。
5、在都会基础设施领域，数字孪生的内在可大可� 。捍蟮秸龆蓟�/国家的公共设施运行剖析，小到一段铁轨的变形情形监控 。
6、在能源领域，我们既可以为“硬”的钻井平台/发电装备建设维修模子，也可以为“软”的能耗情形及二氧化碳排放轨迹等建设数字孪生 。
7、在零售电商领域，研究工具则包括服务流程监控，以及对消耗品质量的恒久追踪等 。
在物流中的详细应用
上文提到的数字孪生七大领域，与物流供应链有着亲近的联系 。一方面，物流和供应链对这七大领域的生长起到支持和包管作用；另一方面，这七大领域的手艺提升，自己也会增进物流的前进 。如图5所示：
（图5应用数字孪生的五大物流分支）
1、关于包装用具治理而言，数字孪外行艺可以资助我们设计新型质料，从而镌汰物流包装带来的情形污染和铺张 。这一点在国家推出“限塑令”的大条件下显得更为主要 。哪怕关于非塑料质料，我们也有须要研究：怎样让包装质料更耐久耐用，以及对情形的污染更小 。同时，关于可循环包装的运行轨迹举行全程跟踪和大数据剖析，也是数字孪生的主要课题之一 。
2、关于航运领域而言：我们可以对某些高价值货物的运输历程举行数字化追踪，全流程纪录货物所处的温度、湿度情形以及受攻击/碰撞情形等，从而确定承运方是否凭证约定的条件对货物举行了�；� 。一旦泛起货物损坏，也有足够的证据来支持理赔操作 。别的：把远洋货轮自己看成数字孪生的建模追踪工具，有助于监控其运输时效，并预防船只的抛锚、失火等事故 。
3、关于全球/天下规模内的物流网络运作来说：新一代地理信息系统（GIS）给数字化物流提供了亘古未有的机缘 。在宏观设计层面，民用地图的精度抵达了亘古未有的水平，并且还推出物流专用的货运版地图，显示出货运卡车在都会每个区域的限行状态等 。这有助于制订更细腻的物流妄想计划 。在微观运作方面，关于车辆/货物的准确跟踪，也有利于在逐日运作中制订更优的决议 。
4、拜数字孪生所赐，物流基础设施的治理水平也更高了：除了广义的地理信息系统之外，我们还可以为某个详细的口岸/机场建设孪生模子，实时监控和剖析其运作情形，展望未来一段时间内的海运/航空班次准点率等 。并且，不必大兴土木作实体制作，就可以剖析出未来5-10年的最优改建计划 。
5、客栈/物流中心的运营，数字孪外行艺也能提供许多资助 。在低本钱传感器和大数据手艺的支持下，我们可以对客栈各个库区的应用情形了如指掌，并且能够建设3D模子对其举行描绘 。哪怕坐在家中，也能掌握每一个货架的实时情形 。出于培训目的，我们还可以为公司职员配备虚拟现实眼镜，把数字化的客栈栩栩如生地展现在他们眼前 。
供应链运作是一个端到端的完整历程 。单个环节的立异犹如珍珠，组合在一起之后就会成为熠熠生辉的项链 。关于制造业供应链而言，数字孪生对各个环节的影响如图6所示：
（图6 数字孪生对制造业物流各环节的影响）
（1）在入厂物流环节，数字孪生可以让制造商能够设置更多种类的产品，来知足客户越发多样化的需求 。可是这也带来了新的挑战：由于零部件种类更多、运作重漂后大大提高，导致制造商需要在“大规模定制”方面下更多功夫，在定制化运作的同时，仍然坚持自己的产品竞争力 。同时，在数字孪外行艺的资助下，让整个供应链变得越发透明化 。
（2）在厂内物流环节，生产治理者需要越发严酷地推行精益物流和标准化物流，增强传感器等手艺的应用、并明确数据治理责任 。唯有云云，才华确保系统中的数据和现真相形相对应 。大批量的物流运作，也会更多地向“小批量、高频次”方法转变，以单件流的方法来准确治理零件/半制品/制品 。
（3）在售后物流环节，数字孪外行艺让制造商能提供更多的增值服务，从远程售后支持到展望性维修（通过数据剖析来提前预判维修的时间点） 。原厂制造商在产品已经卖给客户之后，仍然需要跟踪其目今位置、目今状态，一连网络和剖析数据 。只有这样，才华为客户提供更高质量的售后服务 。为此配套的事情还包括：将售后零配件库存安排在最合适的位置，并一连优化相关的物流服务方法 。这一历程会一连到产品生命周期的止境：在产品寿终正寝的时间，以最优方法组织逆向接纳物流，也属于数字孪生的领域之一 。
（4）在供应链综合协调的层面：供应链运作的优化泉源于各个环节的相互协同，泉源于端到端的“整体式”数字孪生 。数字天下模子需要做到高度透明化，展示出供应链各个环节的实时运作状态及其相互关系——为此要获得供应商、客户等外部同伴的高度配合：需要他们提供准确数据、严酷遵守流程、并且凭证约定来配合维护供应链的一连运作、应对可能�；� 。
总之：数字孪生关于物流供应链运作提出了新的挑战 。为了应用Digital Twin，企业会被逼提升标准化水平、增强精益治理 。可是若是能适当应对，孪外行艺自己又有利于提高企业的精准运作水平 。以是，数字孪生既是挑战，也是供应链治理者的机缘 。
结语
数字孪外行艺 (DigitalTwin)和仿真有着亲近的联系，但比古板仿真有着更强的功效 。在海量数据的支持下，数字孪生在物理天下和数字天下之间建设了亲近联系，能对实体产品和服务作全生命周期的追踪 。近年来，它在生产治理、质料研发等多个方面取得了长足的希望，并因而增进物流供应链治理水平的提升，把供应链数字化提升到新的高度 。
关于数字孪生体来说，虚拟天下和现实天下同步生长，形成了两条线索：“数字主线”和“物理主线”，如图7所示 。每条主线的生长历程，反应了实体/服务从爆发到最终消亡的整个生命周期 。而数字主线和物理主线之间也是密不可分的：数字天下感知物理天下状态，举行剖析和展望，并将决议又反响到实体，形成循环往复的信息闭环 。
（图7 数字孪生包括两条主线、细密交织，图片泉源：英诺维盛公司）
在供应链应用中，数字孪生现在面临如下挑战：一是要进一步降低手艺应用本钱；二是要追求（足够的）模拟精度；三是要将差别相助方的信息系统买通；四是要从源头包管数据质量；五是要对各方举行培训，确保企业治理理念和手艺相匹配 。别的，数字孪生应用中的信息清静/知识产权�；さ任侍猓脖匦枰鹱愎坏闹厥� 。
虽然挑战还许多，可是数字孪外行艺已经向我们走来 。Gartner在2018年将它列入“十大手艺趋势”之一，而相关应用案例也已经涉及所有工业领域 。我们有理由信托：在数字孪外行艺的资助下，物流和供应链治理的新时代正加速来临 。
作者 |Victor威斯康星
泉源 |供应链4.0
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