數位分身: 連接現實與虛擬世界
June 2022
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數位孿生可提高生產力、安全性和質量,並透過消除差旅需求和浪費來支持永續發展目標
數位孿生在愛立信工廠中發揮重要作用,將計劃外停機時間減少了約 50%
預計到 2026 年,全球數位孿生市場價值將達到 482 億美元
天線/現場安裝從「勘察完成」到「設計完成」的交貨時間縮短了 50%
數位孿生將創建一個“網路實體連續體”,這意味著任一現實中的事件都會影響另一個現實,從而模糊虛擬與現實之間的區別
在虛擬的現實世界中,人們可以模擬出各式各樣的地點、物品和系統,在沒有風險或打擾的情況下展開實驗。
假如你是想要嘗試新的風力渦輪機設計的工程師, 比起遠端測試,在虛擬世界中測試是不是會更好? 假如你負責管理一系列的遠端工廠,想比較每一個工廠的表現如何。 如果能不離開辦公桌就能訪問每個廠址,豈不是非常高效?
數位分身提供了一個測試平臺,或稱之為虛擬視角,讓你可以在應用到現實世界之前,先在虛擬世界中預先模擬。 這就是數位分身的魅力所在!
由於新技術的彙集,5G、感測器和擴展實境(Extended Realit, XR)設備等越來越普及,數位分身技術直到近期才得以廣泛使用。 儘管如此,早在20世紀60年代,美國國家航空暨太空總署(NASA) 就為太空任務引入了複製系統,以便在可控的環境中測試設備,並最終讓阿波羅 13號在1970年成功發射。 然而直到1992年,David Gelernter才在他的著作《鏡像世界》(Mirror Worlds)中描繪了這種技術更大的可能——未來的計算機系統將相互連接 ,它們創建的映像可以交互,並能作用於現實世界。
數位分身的實際概念,是Michael Grieves博士在2002年提出的, 他在對產品生命週期管理進行研究時引入了這個概念。 從那以後,數位分身逐漸成為現實,並在港口和工廠等地點實現了可視化和自動化。 據預測,數位分身將成為最有市場前景的一項技術,到2026年,潛在市場價值在全球將達到480億美元(來源:MarketsandMarkets)。
模型和模擬
數位分身是什麼呢? 如果在網上搜索,你會發現各種各樣的解釋。 舉例來說,數位分身可以被定義為軟體形式的物品和流程,具有非現實世界能力的增強,又或者是現實中事物的虛擬複製以及與之關聯的流程,可以用來預測現實或與現實交互作用。
簡而言之,想像進入一個虛擬複製的客廳,每樣東西都以數位的方式呈現,並擺放在原有的位置上。 當你在真實世界的家中打開電視,虛擬房間中的那台「電視」也會近乎即時地打開——換句話說,同樣的動作可以在兩個不同的現實之間傳遞。 虛擬世界可以複製諸多現實元素,還可以根據真實世界發生的事件不斷調整和學習,這就是數位分身的基礎。
為了更好地理解數位分身是什麼,我們必須區分數位分身與模擬(simulation),理解兩者重要的異同之處。
模擬是由設計者的想像力創造的,他們使用模擬來分析不同場景的因果關係,而且基本上都是離線進行的。 在大多數情況下,模擬是一次性任務,幫助設計和分析研究。 相比之下,數位分身是由真實世界和虛擬世界之間的資訊即時同步驅動的,因此它能夠適應兩個世界中的變化。故模擬主要是理論上的,而數位分身是具體且實際的。
數位分身與元宇宙也有一些相似之處,它們都是提供虛擬互動的數位空間。 但元宇宙和模擬更為相似,兩者都是由開發者構建的,通常代表一個虛擬領域(如未來主義的景觀或一座童話城堡),它所代表的世界可能與真實世界沒有關聯或只是部分相似。 然而數位分身是因數據而生(例如:虛擬和現實之間不斷傳輸的數據),真正達到了對現實世界的複製。 我們可以把數位分身看作是真實世界的映射,它會定期更新以保持兩個世界的同步運轉。
數位分身有以下4項主要特徵:
- 用數據模型和數據結構展示對真實世界中的目標的觀察、其狀態和它們之間的關係。
- 使用真實世界的數據創建數位分身。 而且通常數據是持續更新的,以確保數位分身世界的準確度和即時性。
- 可以使用數據分析工具,解鎖數位分身的能力並獲得新的洞察。 這可能是從一個或多個感測器中獲取的數據,也可能是採用複雜的演算法來預測未來、類比不同的場景或 做出分析。
- 具有通過各種API、GUI或其他人機介面與數位分身互動的技術; 獲得洞察並用來在現實世界中做出更好的決策,這些決策可以在真實或虛擬世界中得到實踐。
數位分身具有廣泛的功能。 隨著時間的推移,未來會湧現出各式各樣的應用和更多種類的數位分身。 這一切都要從主系統的某個簡單要素開始,例如溫度感測器或流量檢測器。 隨著多個部分的結合,數位分身將提供僅憑查看單個部分無法獲得的資訊,反映出各個部分之間的交互情況。 舉例來說,當某個地點具有完整的數位化呈現,數位分身就可以指示如何提高生產率、品質和安全性。
此外,數位分身不受地域的限制,它可以在任何情況下造訪並與他人協作。 不同數位分身之間的無限連接還能實現跨系統的學習,例如向其它地區的工業部門學習,從而得到更深層的洞察。
在當前的數位轉型中,人們更加期待行動連網的全部潛力。 大家達成的共識是,數位分身會在轉型中發揮重要作用。 愛立信的許多研究就是在這樣的背景下展開的。 我們位於美國德州的工廠,也展開了一項數位轉型計劃,透過數位分身的使用,讓表面貼裝組裝(Surface Mount Assembly, SMA)生產線的意外停機時間減少了50%,廢棄物也減少了 30%。
愛立信與義大利的利沃諾港合作,利用數位分身找出可以優化港口營運的方式,以及可以帶來經濟、社會和財務效益的要素。 這個方法是透過相機、GPS和其他裝設在物體上的感測器對港口活動持續進行監控。 此舉說明管理者在現實世界中進行調整,並產生了可衡量的影響:
- 據估計,船舶作業之完成時間減少了13%,叉車的使用時間減少了17%,最終減少了超過8%的碳排放量。
- 中型港口貨運碼頭預計每年可節省約6000萬美元的成本。
- 利沃諾港的研究提供了強而有力的證據,證明13項與環境永續和人員安全有關的直接和間接效益都能夠透過更好的網路連接得以實現。
- 我們可以對整個碼頭的資產和工作表現趨勢進行監控,以實現預測性主動維護,甚至遠端維護。
在汽車製造業中,數位分身已被廣泛應用,讓身處世界各地的設計、工程和製造團隊,可以實現更良好的協作,從而加快開發速度。
例如,英國電信(BT)、愛立信、英偉達(NVIDIA)和Hyperbat(一家汽車電池製造商)展開合作,在工廠車間呈現出1:1設備大小的3D複製品,使人們能夠在 虛擬、共用和可控的空間中協同開發。 這使得Hyperbat能夠在其製造過程中提高效率,同時也消除了多個團隊使用不同管理系統而帶來的複雜性。
無獨有偶,市場領先的耳機製造商Varjo的創始人兼首席技術長Urho Konttori也指出,有了這項技術,團隊感覺辦公室與工廠之間的距離更近了,在一個虛擬空間內實現全連接,還免除了出差的辛勞。
“團隊不再感覺像主辦公室或工廠的衛星,而是一個單一的項目,在一個公共虛擬空間中完全連接,消除了商務旅行的需要。”
Urho Konttori,Varjo 創辦人兼技術長
隨著更多設備和應用程式的連結,越來越多的行業和企業開始使用數位分身,使各個系統的連結具有無限可能。
同時,人工智慧演算法和數位分身的結合對產業而言十分重要,因為它們將為應用和服務提供新的技術解決方案。 為了實現這一點,數據傳輸的數量和頻率會增加,這意味著對網路更高的要求。
在數據不夠的情況下,可以考慮利用數位分身來獲得資訊,並不斷從中學習。 在這類情況下,數位分身可以與人工智慧演算法結合,做出合理的決策,以彌補感測器位置或網路的限制所造成的不足。
目前,為了讓人們更加瞭解數位分身的潛力,我們仍許多地方需要努力。 愛立信產業實驗室最近發佈的一份報告顯示,數位分身能為製造商帶來好處,使他們了解平時「最沒有意識到的部分」,而那些使用了數位分身的製造商立即就看到了它的好處。
窺探未來
總結
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