可持續發展和可用性數位孿生大獲成功

▲數位孿生技術透過在停機前預測停機時間，使指揮官對車輛的可用性和可持續性充滿信心。

美國軍方藉由13,000多架飛機飛行來經營世界上最大的飛機機隊，必須維持所有這些飛機，來確保任務準備就緒。隨著機隊的老化，實現高可用性的難度越來越高；近來，這種利用率也有所下降。機隊中的高階飛機數量相對較少，使任務準備率有時低至50％，這使情況更加惡化。

這以兩種關鍵方式對軍人產生重大影響。首先，隨著維護中飛機數量的增加和維持方面的資金投入的增加，作戰人員獲得的能力越來越少。此外，將更少的資源用於現代化建設，這妨礙了軍人保持領先於未來威脅的能力。

「最大化資產正常運行時間和最佳化維護投資的挑戰並非軍方獨有」Lockheed Martin公司高階開發計畫 (Skunk Works)(Ret.) 的Ansys顧問兼執行副總裁兼總經理Robert Weiss指出。商業部門，尤其是工業設備和能源行業，也在努力尋求最佳實踐，以維持可能被使用數十年的高價值、複雜的經營資產。

這些公司追求的通用解決方案是基於物理的數位孿生，Weiss解釋說。實際上，有50％的大型工業公司表示，他們希望在明年使用數位孿生。例如，一家全球領先的工業設備公司使用數位孿生對包括風力渦輪機在內的機器進行預測性維護。這有助於工程師決定增加還是降低渦輪機功率，以防止電動機過熱。

據民航業報導，數位孿生飛機可以將保養、修理和大修週期縮短30％。這樣的改進無疑地會提高作戰可用性和任務準備統計。

在改善準備指標和降低維持成本的巨大壓力下（可能佔該計畫整個生命週期成本約70％），據報導，美國軍事高管中有75％的分支機構青睞數位孿生。

數位孿生與可持續發展

「簡單來說，數位孿生是已部署物理資產的虛擬副本。」Weiss說。「這兩者是透過數字連接的，使物理資產的性能和運行狀況數據可以連接到其虛擬對應物，進而生成可預測的、決策就緒的見解。在資產的物理傳感器不可用的情況下，數位孿生甚至可以用來建立『虛擬傳感器』。所有這些都用於減少不確定性，因而更有效地維持軍隊。」

有了這些洞察力，維護領導者可以解決許多關鍵問題：是否需要按計畫將資產帶入進行維護，或者可以安全地延遲資產？是否可以在現場進行調整以使資產任務做好準備？

領導者可能希望部署的資產執行超出規格的操作。它的數位孿生迅速確定了實物資產執行任務的能力，定義了安全的運行範圍，並提出了必要的修改建議。

而且，如果需要將資產長時間保留在現場，則其數位孿生模型會預測需要維護該資產的時間、方式和原因，從而避免了潛在的不必要的基於時間的調度。

「數位孿生的影響不僅限於資產，而且還涉及物流」Weiss解釋說。「如果資產部署到偏遠或危險地點，這將對任務準備就緒產生重大影響。透過了解在任何給定時間任何給定資產的狀況，維護領導者可以預測維護需求，確保在正確的時間將正確的組件和人員放置在正確的位置，從而實現了基於狀態的維護+（CBM +）概念。」

CBM（有時稱為預測性維護（PdM））是一種維護方法，它利用傳感器來評估系統的運行狀況。除了其他輸入外，健康信息還有助於推動維護活動。在CBM環境中，操作平台、嵌入式傳感器、檢查和其他觸發事件會根據需要的證據確定何時需要恢復性維護任務。

這些最終收益相結合，可推動價格可承受且資源最佳化的可持續經營以及基於數據的決策，來顯著提高經營可用性。在一次使用兩個飛機發動機組件的案例評估中，美國軍事部門報告稱，使用數位孿生飛機每年可能節省約4,200萬美元。

不只是任何數位孿生

數位孿生的預測能力和後續收益從根本上取決於其建模和模擬基礎的準確性。

「只有透過基於物理的模擬，才能獲得資產真實行為的最高保真度表示」 Weiss說。

從歷史上來看，基於物理的詳細模擬很難在經營資產所需的可操作時間範圍內提供所需的見解。今天的情況已大大改善。Weiss觀察到，基於物理的降階模型和高性能計算使組織的數位孿生能夠同時提供所需的保真度和速度。

Weiss說：「儘管數位孿生的大規模部署尚待實現，但對於維持領導者，維護經營和任務準備就緒的好處是顯而易見的。」「數位孿生的性能僅取決於其所依賴的基礎模擬能力。最近的事態發展表明，基於物理學的數位孿生時代已經到來，同時提供了極大的保真度和速度。」

（資料來源：DesignNews）