若說對於虛擬系統的需求，工業絕對是最大的一個領域，不僅因工業應用的資本規模較龐大，需要更細、更嚴謹的預先模擬，才能降低故障損失的風險；再者，工業領域的流程與裝置繁雜，若無透過虛擬系統，很難提高廠房管理的效率。

也因此，數位分身就被視為實踐工業4.0的關鍵技術之一。透過對設備與機具的深度模擬，達成更細緻、更即時的監控，再結合智慧分析軟體，將能進一步降低管理人員的負擔，提高整體管理的效能。

要導入數位分身，第一步，當然是設備管理的數位化與網路化，這幾乎是所有業者的起始點。然而，一個工廠的運作是可以被拆解成由點到面的部分，則數位分身也能從小部分的單一點著手，再慢慢擴大至整廠的系統。

奇異公司（GE）就把數位分身的實施分成四大部分，包含元件分身（Parts Twin）、產品分身（Products Twin）、流程分身（Process Twin）、系統分身（System Twin），讓業者可以依自身的狀況循序漸進導入。

所以在實際應用上，最佳的起點是從元件的數位模擬開始，讓機具的關鍵零組件可以有能夠同步的數位模型，除了監控健康狀態外，也能夠達到預測性維修的目標。而有了元件的模擬，就可再進行一步擴大至產品分身的階段，而透過收集整機的數據，就可以前進至強化產品功能與改良產品設計的目標。

圖一 : 奇異把數位分身的應用拆解成四個部分。（source：GE；CTIMES製作）

當數位化控制的面向越來越深，數位分身的層級也可以延伸至廠務運營的階段，也就是流程的模擬與分析。此時的應用目標將會提升至製造現場的排程管理與監控，並進一步運用數據分析來反饋至流程的優化。

系統的分身則是數位分身的最終階段，也就是一個生產製造的系統能夠完全以數位的方式進行模擬與控制，當中的每一個設施與零件都能在數位的虛擬世界中呈現，並且完美的進行同步控制。在此階段中，人工智慧的數據分析以大幅取代人為的判斷，所專注的目標就是整廠產能的提升。

但要注意的是，擷取數據是實現數位分身的基本要素，無論第一階段或者第四階段皆是。也因此，大量感測器與網路技術，就會被運用在實施數位分身的場域之中。所以，在啟動數位分身之前，確保有足夠的通訊與感測基礎設施，尤其是物聯網架構的實施，則是營運者的基本功課。

國際知名顧問公司德勤（Deloitte）旗下的教育中心德勤大學（Deloitte University），也提出報告指出，優異的通訊基礎建設，是溝通數位虛擬與實體世界的重要組成，也唯有在此前提之下，實體的資訊才能傳送到虛擬世界，並建構成虛擬的數位分身；反之，虛擬世界的洞見，也才能反饋到實體世界，轉為實際行動。

圖二 : 德勤大學（Deloitte University）指出，通訊基礎建設是溝通數位虛擬與實體世界的重要組成。（source：Deloitte University；CTIMES製作）

透視工業生產流程 助益開發與製造

在最完美的情境下，數位分身將如同一個存在於數位世界的虛擬替身，能夠完全複製真實世界裡的一切。每一個零組件、線路、機構、外觀材料，甚至是資料傳遞的流向，都能在數位世界裡有另一個複製品。

而且，透過無所不在又鋪天蓋地的網路與感測器，真實世界的裝置與數位世界裡的分身，將能做到幾乎沒有延遲的同步，也就是實體的即時狀況，都能在數位分身上呈現；而對數位分身進行調教，也會立即反映到真實世界的裝置上。

如此，管理人員就能從任何地方連接至數位世界裡，直接對真實世界裡的裝置設備進行管理；反之，真實世界裡有任何的異常狀況，也能即時傳送到數位身分中，讓管理人員及早因應。

而形成這樣的機制與系統之後，就能達到下列幾種智慧應用功能，對於工業領域的營運都將有巨大的助益。

加快產品設計與上市

現代的產品開發與製造，勢必都會經過電子設計軟體的階段，而結合數位分身的技術，將能讓產品的開發從設計階段就能導入更深度的客製化功能，同時也能讓客戶更具體的知悉產品推出之後的實際運行狀態，這將簡化產品的量產前的溝通，同時也能降低不必要設計修改。

而產品開發有了數位分身之後，也意味著虛擬原型（Virtual Prototyping）設計的實踐，透過接近實體的3D模型的使用，有助於在產品量產前，進行更全面的檢測，並能大量減少產品設計瑕疵的出現，也有助於降低整體的生產成本，並加速上市的時程。

預測性維護

保養維修一直是製造業的痛點，即便是季節性的歲修，只要是機具停機都是損失，也因此過往業者多利用淡季時期，安排設備進行歲修，但如此仍非是最佳的解決之道，尤其是進入工業4.0時代之後，接單與生產的流程與方式將會十分不同，閒置或者維修中的設備都會直接影響獲利。

但運用數位分身的模擬與分析技術，則可以隨時掌握機具的運行壽命，在關鍵零組件壽命到期之前，提前進行置換，如此就能制定出更具效益的機具維護計畫。再者，透過大量運行數據的分析，也能夠早期偵測出故障發生的可能性，進行產線的應變計畫，優化產線的產能。

優化產能

大量的機具生產數值，除了可以用來評斷機器的健康狀態外，也可以用來掌握各個設備與機臺的生產狀況，甚至透過這些數據的分析，還能進一步用來改善機具本身的設計，或者調整產線的安排與規劃，進以提升產能效率。

尤其是在數位分身的運用情境之下，這些數據與數值，都能在虛擬平臺中先行進行測試與模擬，更能夠提升實際導入的運行成效。特別是數位分身的應用不單單只是在單一的機具設備上，甚至能夠深度模擬到整廠的運行狀況。

數位分身的工業應用實例

奇異公司的渦輪引擎製造：

飛機引擎是最需要模擬測試的裝置之一，如果不能在實際生產啟用前，把關鍵的重大缺失排除，即便是進入原型製造的測試，也需要龐大的成本，更遑論真的量產後才發現的瑕疵。也因此美國奇異（General Electric，GE）公司，就將數位分身的技術運用在旗下的飛機噴射引擎、風力發電渦輪的設計製造，以及後續的健康診斷和預防性保養上。

為了貼近真實的使用情境，並呈現引擎和渦輪中各零組件耗損的程度，奇異拍攝了引擎和渦輪裡每一頁的風扇葉片的表面狀態，並將溫度、旋轉頻率等數值在數位模型中進行模擬，以分析葉片的損壞程度，藉此判斷引擎的健康狀態，並能在故障前提早進行反應。

奇異自己也宣稱，透過運用數位分身，他們在2019年間就幫助製造業客戶節省近1.9億美元的支出。

西門子的零缺陷工廠：

圖三 : 西門子已把數位分身落實在自己的工廠，相關的數位化方案也成為其重要的服務項目。（source：CTIMES資料照）

優化產能效率是數位分身的重要目標，而自動化專家西門子（Siemens）則將之完全落實在其位於德國的Amberg工廠中。這座工廠透過實施數位轉型，建立了一個全面聯網和自動化的生產流程，完全的體現了數位分身在工業製造中的運用情境，並持續朝向零缺陷生產的品質管理體系前進。

為了實現這個場景，西門子已對旗下所有的產品進行數位化，並把數據資料傳送至中央系統。而透過這個中央品質管理系統，該工廠就可以隨時獲取每年生產的1600萬個產品的所有產品項目、過程和品質數據。這不僅讓系統能夠更快地對流程中的偏差做出反應，也促進了工廠和供應商過程的持續改進。

西門子自己表示，透過這套數位系統，該工廠的測試和停機時間已經減少40%，未來還將會持續運用人工智慧（AI）系統，進一步改善生產流程，朝零缺陷生產發展。

結語

毫無疑問，數位化絕對是當今工業發展的重要目標，也是關鍵課題，而數位分身將會是這個進展的關鍵里程，人們對智慧製造的美好想像，絕大多數都仰賴這個虛擬與實體深度結合的技術應用。尤其是未來的科技產品無論是在功能或是製造上，都將會更加複雜，整合度也會越來越高，因此在設計與生產上就已非常仰賴數位虛擬的輔助技術，而數位分身將會是這個挑戰的答案，它將不只帶來生產的效率與效益，進一步改良產品的功能與設計，才是它更大的目標。