無論是將其稱為工業4.0還是「智慧製造」，全球專家都一同在關注如何從智慧設備中獲得資料並加以分析，進而改善他們的產品以及製造產品的過程。這種方法的優勢包括提高效率與降低成本，並且能夠透過個性化解決方案迅速回應市場波動。
然而，在這場工業4.0的長跑中，許多製造商都被自家資料作繭自縛。儘管這些老舊過時的系統在部署之初代表了當時最先進的水準，但它們的資料通常必須在下游的某個系統或多個系統中重新建造。因此導致資料複製和不一致性對深度分析資料造成了阻礙，也為現代製造業帶來各種弊端。
「數位連續性」是此症狀的解藥，現在的所有權模組(Ownership Model)、燃料種類與駕駛自主程度發展快速，推動汽車製造商應對日益繁雜的產品組合，因此數位連續性的概念成為了關鍵。
數位連續性是我們在21世紀的數位世界中所需要的核心特色。如果我們毫不知情地使用已被新設計淘汰的版本，代價將會十分慘痛。如果生產部門明知道設計無法被正確製造或以合理成本製造，那麼工程部門遞交設計時也將同樣付出慘痛代價。如果我們對機械設備之間的溝通毫不知情，那麼將會造成重大製造事故。
孤立性資料使產業價值鏈複雜化
據麻州一間專門分析數位轉型的商業諮詢公司LNS Research表示，所有類型的製造商都已意識到目前的難題。在2015年「The Global State of Manufacturing Operations Management Software: Weaving the Digital Thread Across Industrial Value Chains」的研究中，LNS對北美、歐洲和亞太各種規模的離散式與流程型製造商進行了調查。
研究發現，受訪者反映最多的兩大營運難題都與數位連續性的斷層直接相關。48%的受訪者表示部門之間缺乏合作，而39%的受訪者表示離散式系統與資料來源之間欠缺互通。
約38%的受訪者認為，供應和需求鏈之間的合作困難，因為製造業表現指標的即時透明度不足，缺乏持續改進的文化與流程，而數位連續性有機會解決以上所有難題。
LNS研究亦指出，在持續不斷的資訊流支援下，來自各部機構的營運決策，如品質問題、資產管理、會議耗材、客戶意見等資訊，都能支援訪問並與相關企業及部門具體決策合為一體，促進生產力、品質、利潤等關鍵績效指標的總體提升。
原有系統差異性造成資料混淆
前福特汽車全球製造部執行副總裁暨現任佛州麥爾茲堡獨立汽車諮詢顧問John Fleming指出，隨著工業4.0被廣泛接受，汽車產業認識到原本系統所帶來的難題，但尋求臨時解決方案的想法仍然強烈。
重要系統的異動帶來成本和投資方面的問題，往往造成不夠周全的決策。根據現代技術而言，我們是否付出足夠的努力去辨別技術能為哪些領域帶來機遇？有時候人們並未完全理解那些商業案例。
風險的威脅也是持續不斷，汽車製造商無法承擔採用不同機制結果卻一敗塗地的代價，他們面臨極大的壓力，所以和完全顛覆現有方式相比，淺嚐即止的改變較為容易。然而，仍有許多人認為先完成產品開發，再給製造部人員生產同樣可行。
數位連續性保障資訊完整
數位連續性能夠打造出一套獨特、權威且具一致性的資料來源，貫穿從概念到設計、工程開發、製造與售後服務的整個產品生命週期。
數位連續性背後的理念在於，仍然保持由產品開發到產品營運和支援的時序進展，然而各階段中的資訊能夠實現相互整合。例如在產品開發階段，產品的設計不僅需要滿足功能要求，還要符合可製造性與可支援性。有關實際可製造性的資訊回饋到工程開發階段，便於解決未來潛在的製造可行性問題；有關產品實際效能的資訊回饋到工程開發和製造階段，便於改進對產品及其製造可行性的評估。
數位連續性能帶來巨大影響的一個領域就是資訊保障。如果經銷商需要為消費者進行零件替換，他們要向製造商收費，而製造商又要向供應商收費。現在的問題在於，如何能夠運用現場的數據，不僅要用於成本調整與會計，還要將數據發回零件開發流程。這樣製造商的下一代產品就不會發生同樣的品質問題。
幸運的是，藉由推動數位轉型的技術實現數位連續性已不再困難。由於能夠和汽車製造商已部署的原有系統平穩交流，此類技術還能避免風險因素。
例如，精密的數位平台現在已搭載了強大的搜尋引擎，能同時運用原有系統中儲存的結構化與非結構化資訊，該平台可搜尋企業所有系統的相關資訊，在編譯之後以資料和預測分析的形式呈現給客戶。無論是來自OEM或供應鏈合作夥伴的授權使用者，都能看到同樣的資料，並針對每個人的具體功能需求調整格式。隨著下游產生的變動，呈現給使用者的資料也會不斷更新，進而確保數據的準確性與時效性。
以傳統方式手動蒐集數據並針對關鍵利益方傳遞分享，這種方式不但無法持續且收益迅速減少。現在的技術可支援涵蓋由設計到工程開發、製造、傳遞及服務的整個產品生命週期資訊整合，能夠採用比以往更快、更準確和更高效率的方式，透過一個數位化模型將可運用的即時資訊傳送給需要的部門。
數位雙胞胎改善企業營運
另一方面，現今有遠見的企業也正以「數位雙胞胎(Digital Twins)」的方式運用營運數據及虛擬模型。
世界各地的製造商在設備中納入感測器與通訊功能，用於即時資料的蒐集。其中，最先進的設備可以將採集到的資料提供給分析師所稱的數位雙胞胎，在使用中的設備和用於開發這些設備的3D模擬之間形成即時回饋迴路。對於如何將此構想運用在改進善客戶體驗，本文亦針對幾家公司進行了研究調查。
由芬蘭動力系統大廠瓦錫蘭(Wärtsilä)設計和製造的四衝程柴油發動機能為70個國家的遠洋貨輪和遊輪提供動力。瓦錫蘭發動機的壽命通常為25~30年，為世界上最大型的發動機。2015年版「金氏世界紀錄」也將瓦錫蘭發動機認證為世界最高效率的發動機。
而瓦錫蘭是如何做到的？於上世紀70年代初，瓦錫蘭就意識到每台巨型發動機構建物理原型(用於發現和杜絕錯誤)的成本非常昂貴。因此該公司率先採用了先進的3D建模和模擬技術，實現了能夠「一次性成功」製造的發動機設計。
瓦錫蘭數位設計平台經理Juho Könnö表示，船艇產業採用模擬的是一種水到渠成的發展方式，模擬在很大程度上就是不斷地逼近現實，運用模擬時，可以更理解產品以及真正需要關注的問題。
今日，瓦錫蘭利用安裝在每台新發動機上數百個感測器所提供的現實效能數據，不斷強化自身模型與模擬，創建出重現實際工作條件下的數位雙胞胎模擬(圖1)。在使用支持科學準確性的3D模擬時，此類數據能夠幫助力瓦錫蘭的專家顯示具體發動機的使用方式並操作「假設」場景，尋求改善效能的機會。根據分析，瓦錫蘭能夠提出設置和操作參數的調整建議，幫助船商更順利的操作自己的發動機。
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另外，瓦錫蘭還能將已確認的設計改進並納入未來的發動機設計。Könnö表示，從實體發動機取得資料對開發模擬而言至關重要，儘量運用模擬去調整校正發動機。相反地，該公司還利用模擬模型探索發動機哪些地方適合測量參數，這是一種相輔相成的應用。
數位雙胞胎已成趨勢
在全球各地，其他創新型企業也正在努力將自身產業達到類似的應用水準。透過將迅速增強的運算能力、配備感測器的機械設備和透過物聯網實現的即時資料採集與分析結合在一起。這些企業正將智慧3D模擬提升到新的水準，大幅度改進設計和建造流程、製造環境以及客戶互動的成效。
因此，資訊技術諮詢公司Gartner將「數位雙胞胎」評為2017年十大戰略科技發展趨勢之一。「數位雙胞胎」概念即透過各種先進軟體工具的使用，在虛擬環境下真實再現客觀世界的場景，透過強大的模擬技術來進行模擬、驗證，盡可能取代傳統比件進行驗證的方式，以降低研發成本。雖然大多數企業還沒有達到瓦錫蘭的先進水準，但其他產業的競爭者也在追尋連續回饋與實驗的虛擬-現實迴路的優勢。
以賽車為例子，法國永馳集團(Everspeed Group)的設計生產部門Onroak Automotive正在開發為期三年的專案，希冀徹底改變自行生產汽車、培訓機械師和車手以及管理利曼車賽的方式。利曼車賽(Le Mans)是世界上歷史最悠久的汽車耐力賽，目前該專案已進入第二年。這項年度賽事要求參賽車輛連續行駛24小時，完成12圈賽道。賽道是由封閉公路和一條環形賽道所組成。
即便是極小的優勢也能決定勝負，Onroak Automotive相信自己的數位雙胞胎功能可以為車隊帶來競爭優勢。
Onroak Automotive的勒芒賽場總監Sébastien Metz表示，可以使用這個新系統設計和生產汽車，也可以用來培訓維修站機械師。使用者可以瞭解內部零件的所在位置、它們的裝配方式、哪裡可以伸手操作、是否能夠接觸到這些零件，還可以培訓機械師和車手，它能為使用者提供極大的幫助。
對於使用自家數位雙胞胎管理賽事Onroak Automotive感到極為興奮，目前Onroak Automotive在每輛賽車上都安置了10~15個數據點，當數據經物聯網導入3D模擬時就能進行即時監控。不過Metz期待有一天能向數位模型提供500個點的數據，幫助團隊管理賽事，降低成本並提高獲勝幾率的觀察力。
Metz表示，未來該公司將能夠在賽車進站之前就模擬出維修過程，且可以說明機械師根據賽道狀況選擇合適類型的輪胎。亦可以模擬不同天氣狀況，如下雨或乾燥路面及賽車在賽道上的實際使用壽命。
與瓦錫蘭一樣，Onroak Automotive也在努力實現實體汽車與虛擬汽車間的雙向資訊流。預計此構想可節省5%~8%的燃料。Metz表示，減少一次進站維修就有望在比賽中穩操勝券。Onroak Automotive還希望把從賽道上獲取的經驗運用到消費類汽車的高階功能上。
數位雙胞助力建造/營運精煉廠
單從規模上看，世界最大規模的數字孿生屬於印尼蘇拉威西島巴魯經濟特區(Palu Special Economic Zone, SEZ)投入使用的數位雙胞胎。在這裡一個國際能源公司聯合體正在規畫98億歐元(115億美元)投資規模的整合式原油精煉廠、戰略石油儲備和下游石化加工綜合體。
受到鄰近的新加坡為整個城市國家開發即時資料模擬「虛擬新加坡(Virtual Singapore)」的啟發，巴魯GMA精煉廠聯合體(The Palu GMA Refinery Consortium, PGRC)於2017年9月底宣布了新建綠地精煉廠的四年期專案。「虛擬新加坡(Virtual Singapore)」是一個包含語意及屬性的實境整合3D的虛擬空間。平台的使用案例包括最新都市規畫解決方案的模擬及虛擬測試，如根據人口統計、採光及植被進行規畫的社區公園、以科學方法評估風、陽光及噪音對住宅區的影響、以及協調道路施工與封閉以降低對市民的干擾等。進階資訊與建模技術將支援虛擬新加坡可提供靜態與動態的城市數據與訊息。虛擬新加坡是一款擁有大量數據環境與視覺化技術的協作平台，可幫助新加坡民眾、企業、政府及研究機構開發工具及服務，來應對新型且複雜的挑戰。該模型將利用數據分析與模擬建模功能來測試概念與服務、制定規畫與進行決策、研究科技，並達成社群協作。
PGRC的數位模型將有助於優化複合體的物理設計，然後簡化其建造工作，包括管理建造次序、協調分包商、消除錯誤、減少浪費與返工。PGRC執行長暨投資與財務總監Mohammad Rusydi表示，這是第一個完全使用虛擬複製品建造的整合式精煉廠。Rusydi指出，PGRC的數位雙胞胎已超越了3D模型的水準，延伸到調度和專案管理兩個新維度，還有預算控制。
Rusydi說，該項目將按時完成且不會出現任何成本超支，一旦啟動營運我們就能進行一個並行的數位化精煉廠的營運，一切都能在數位雙胞胎中進行測試和模擬，我們能在問題發生前將其解決。
例如，該數位模型能向管理人員警報即將發生故障的設備，以便管理人員能在設備出現故障之前予以更換，還能用於培訓操作人員如何應對火災或其他緊急情況；就像航空飛行員在模擬器內做培訓一樣，如果駕駛艙發生火災，他們會知道該如何處置。
Rusydi表示，與完全按藍圖施工相比，聯合體預計數位雙胞胎提供的洞察有助於減少25%的工程量，同時運營效率將較產業標準提升15%~20%。
「虛擬新加坡」能為市民和訪客提供多種服務，目前開發中包括用於確定個人化通勤選項的服務。
試想下面範例場景：假設使用者通常在新加坡裕廊東(Jurong East)地鐵站搭乘早上7點45分的高峰時段列車前往萊佛士坊(Raffles Place)附近的辦公室。將來，則可以透過「虛擬新加坡」尋找不那麼擁擠的乘車方式。通勤功能將為使用者提供多元方案，包括搭乘早上7點的高峰前列車和搭乘同一時段的公車，兩種選擇都能提供高峰時段前免費搭乘。因為地鐵站步行距離較短，當系統提示即將有暴風雨來臨，使用者將選擇乘坐地鐵。
擁抱數位雙胞概念 改變現有流程
雖然PGRC精煉廠綜合體依託於數位雙胞胎而誕生，但在數位化時代之前便已確立的專案開發與製造流程難以與數位雙胞胎概念融會貫通。通用電氣(General Electric)的渦輪機部門正在應對這樣的挑戰。
在美國南卡羅來納州格林維爾GE發電集團(GE Power Generation)擔任虛擬產品開發負責人的Jeff Erno表示，用於工業和公共事業發電的通用電氣產品包含多達6萬個零件。
運行在多雨山區的設備與工作與在乾燥谷地的設備相比，零件完全不同。這就是渦輪機的特性。由於這些零件在世界各地進行安裝，處於不同氣候和海拔下，所以須要對每部渦輪機進行精心調試，使之在特定環境中達到理想效率，這是一個持續不間斷的挑戰。
該公司不同的部門，包括設計、零件工程、系統工程和製造等，過去都著重關注在該團隊較狹義的挑戰，缺乏對宏觀視野的通盤掌握。實際上每個部門都在工作上專業分工、彼此隔離，這迫使他們採取順序化流程，導致不易在相互關聯的問題上進行即時協作。
Erno表示，沒有人在虛擬3D環境裡見過產品的面貌，傳統工具不能正確處理3D資料。CAD系統和模擬系統都無法為你提供查看產品面貌的理想方式。GE發電集團的首要任務就是創建「數位線(Digital Thread)」，這是每個職位和部門都能使用的一致性的即時數據組合。
這套數據能隨價值鏈上任何位置發生的變化自動更新。將數位線轉化為核心渦輪機的穩健型數位雙胞胎有助於每個部門根據不同應用和不同運作條件來將設計進行最佳化。
這就是想要達成的目標，用於處理這些不同的配置，不會因為以完全不同的方式管理它們而感到棘手。統一的主模型可以加快用於特定地點的渦輪機的開發速度，並顯著降低開發成本。
雖然不同產業和不同國家的企業各自在藉由數位雙胞胎產生的效益的不同階段，但瓦錫蘭、Onroak Automotive、PGRC和GE發電集團都將這項技術視為真正的改革力量。一種能針對缺乏遠見、缺乏恆心的競爭者產生巨大優勢的技術。
