September 16, 2022

數位孿生與模擬(Simulation)的差異何在?

隨著技術的進步,我們的工業世界也走進了第四次工業革命,而在這個過程中,無數的專有名詞都在誕生,並且廣泛地被專業人士所使用,而這當中,數位孿生無不外乎就是其中一個最Buzz的Buzzword。

許多人稱之為數位雙生、數位映射、以及數位對映等等,它既是一種模擬技術,但似乎技術又凌駕於模擬。

Explainer

數位孿生與模擬的差異何在?

首先我們可以先理解模擬為何,基本上,模擬就是一種通過數學公式、運算等方法,模仿某個物件/事件在真實世界中運作的一種技術,像是模擬一輛汽車在遭遇撞擊時可能會承受的損害,並以此模擬為基礎,去評估汽車安全性與優化方向;模擬將新技術導入之產線中,能帶來的產能增加等等。

而數位孿生同理,它本身就是一種模擬技術,但是與傳統模擬不同的地方,我們就必須要從數位模擬這一詞彙最初被提及的地方開始判斷了。

在2010年NASA發布了他們往後數十年間的進程為何,而在這一篇Roadmap報告中,數位孿生(Digital Twin)這一詞彙也第一次被提及,其中描述技術為「一種以模擬系統為基礎的工程,NASA數位孿生是一種應用了實體模型、感應器更新、以及歷史紀錄等數據為基礎,並在數位世界中映射出一個複製品,數位孿生為一種真實感極強的映射,其通過感應器上所獲得的數據,所有硬體相關的數據、實際運行數據、並模擬出該機器/物件的實際運營狀況。」

建立在這份定義中,我們其實可以理解數位孿生為一種模擬技術,但是不同於傳統模擬技術的方式,數位孿生將實際的運行數據通過感應器獲取,並且映射至數位環境當中。所以相對於模擬,數位孿生具備實時的特性,同時能承擔更多部件,乃至整個環境的模擬。

以實務案例來說,我們可以從飛機的模擬來討論,在2002年由NASA所發佈的論文中,其針對電腦模擬飛機事故的最佳實務,其中作者就提到在汽車在整個測試環節階段,都會做撞擊測試,以確定事故發生時,駕駛與乘客的安全性,然而在飛機,這就不是那麼的實際。

所以在飛機的測試上,必須要以有效的模擬模型(Simulation Model)來落實,而當中就是先搜集型號、體機、以及其他相關的數據點,再通過CAD檔,或是攝像的方式,並轉換為IGES檔案,建立起幾何模型(Geometry Model)並落實電腦模擬上的運算。

然而在這個過程當中,模擬並非收集飛機實際的運作數據,而僅有引擎、機型、圖像等等數據,而真實的運行數據則是來自於模型的推算,故此無法落實真正的複製,也就是TWIN。

而在數位孿生的環境中,同樣也是將實體的物件建立數位的檔案,但是因為他有非常多的感應器在這飛機上,並追蹤每一個飛機的數據點,譬如運行的速度、引擎的熱量、當前的壓力、還有每一個物件現在的運作狀況等等,故此電腦在模擬主體時,是建立一個確真(Precise)且完整(Comprehensive)的數位複製品(TWIN)。聚焦在航太科技的航太科技評論雜誌就在這一篇文章「DIGITAL TWINNING: THE LATEST ON VIRTUAL MODELS」中條列出了波音、GE、美國空軍等等在數位孿生上的應用。

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