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数字孪生与生成式人工智能

4天前浏览55


生成式人工智能(Gen AI)与数字孪生的结合能够彻底改变企业运营方式。生成式AI可简化数字孪生的部署流程,而数字孪生可优化并验证生成式AI的输出。通过结合这两种技术,企业能够实现成本降低、部署加速,并创造远超单一技术所能提供的价值。    


本文由麦肯锡数字的Alex Cosmas、Guilherme Cruz、Sebastian Cubela等人共同完成。


1.数字孪生与生成式AI的独立价值

这两种技术已在各行业和应用场景中证明了其价值。


1. 数字孪生是可复用的虚拟模型,能够模拟资产、人员、流程及其环境的动态,并通过策略仿真优化行为。其核心作用包括:


  • 支持数据驱动决策:通过构建真实场景的模拟与结果预测,提供早期预警(如事件发生概率);

  • 虚拟实验室功能:无风险测试设计与方案,优化调度、维护等流程,缩短产品上市周期。

2. 生成式AI能够生成音频、代码、图像、文本、仿真视频等内容,正在以多样化的方式革新业务流程。


目前,75%的大型企业正通过数字孪生规模化其AI解决方案,二者的结合有望释放数万亿美元经济价值。


2.生成式AI与数字孪生的协同增效

二者结合可提升洞察力并放大彼此价值,以下是具体场景:


1. 通用模型构建

构建高度专业化的数字孪生(如多机生产调度或车辆路径规划)通常耗时6个月以上,且需高昂的开发与算力成本。通过GitHub等软件开发平台,大型语言模型(LLM)可为数字孪生生成代码,加速开发进程。LLM甚至可能构建通用数字孪生模型——一种跨行业适用的基础框架。


数字孪生的架构可表示为时间序列图中的节点与边,基于图的LLM(如GNN-LM、TextGNN)可生成孪生体基础模型,并适配不同场景。例如,在智慧城市中,交通系统、公共设施等数据可输入LLM,由LLM识别节点关联性,构建交互模拟与预测的底层框架。


2. 数据收集、传输与增强

数字孪生依赖多源(常为实时)数据,而LLM的嵌入技术(Embedding)能高效压缩数据并保留关键信息,从而优化数据传输与处理。以制造业为例:


  • 生成式AI可整合维护日志、设备图像等非结构化数据;


  • 数字孪生分析数据并识别潜在异常,支撑预测性维护策略。


此外,生成式AI可合成训练数据。例如,若现有维护日志缺少某种缺陷数据,生成式AI可创建包含该缺陷的合成数据集,增强数字孪生的识别能力。


3. 自然语言交互界面

多模态LLM(如Gemini、GPT-4V)能解析数字孪生的海量数据,并以自然语言生成用户可理解的洞察。例如,用户可直接提问“如何优化生产线效率?”,LLM将驱动数字孪生模拟方案并反馈结果。这种交互方式降低了技术使用门槛,使非技术人员也能参与决策。


4. 动态约束验证

生成式AI通过数字孪生的实时数据增强上下文理解,而数字孪生则通过“假设推演”优化AI输出。例如:


  • 生成式AI生成的设备控制代码需经数字孪生验证(如温度、输出速率限制),确保符合物理约束;

  • 数字孪生的约束引擎可将AI输出限制在可行范围内,避免生成不切实际的方案。


3.风险管控与实施原则

领导者可通过确立明确原则、构建指导框架以及承诺安全可靠使用等方式,缓解与人工智能工具相关的风险。生成式人工智能的应用伴随潜在的不准确性与偏见问题,因此必须确保工具针对隐私保护和受监管数据进行优化。在启动开发前,需进行全面尽职调查以评估第三方的价值观和安全措施。


开发过程中,需谨慎考虑模型的假设和简化,以确保输出结果具有上下文相关性。持续监控机制同样至关重要,因为不准确的模型容易产生误导性输出,而模型本身往往无法自行识别此类错误。通过将数字孪生与生成式人工智能构建于高容量、高质量的数据基础之上,可有效规避该问题。在构建数字孪生前,需明确孪生体的业务用例并确保可获取安全优质的数据。


生成式人工智能可能引发 伦理挑战,特别是在数据隐私与安全领域。这些风险在处理个人身份信息(PII)的敏感行业尤为显著。应对此类挑战需要特别关注数据保护,并以符合伦理的方式获取训练数据。此外,随着人工智能工具的持续演进,维持人工智能系统的持续学习与发展文化至关重要。定期适应性训练、优化反馈循环以及用户教育,是确保成功并保持符合法律和社会标准的关键。


4.未来潜力

数字孪生与生成式人工智能的共生关系提升了二者的联合可扩展性、可访问性和可负担性。这一前沿领域将使创新型组织能够强化其竞争优势,同时为后进组织提供追赶竞争对手的机遇。


来源:数字孪生体实验室
通用数字孪生控制人工智能
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2025-04-02
最近编辑:4天前
数字孪生体实验室
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