什么是数字双胞胎?为什么它对物联网很重要?

如今,数字孪生技术不仅用于制造业,而且已经完全进入了物联网,人工智能和数据分析的融合世界。由于更复杂的“事物”与生成数据的能力相关联,因此具有数字等效项使数据科学家和其他IT专业人员能够以最高效率优化部署虚拟方案。

什么是数字孪生?

数字孪生是充分利用物理模型,传感器更新,运行历史等数据,整合多学科,多物理学,多尺度,多概率的仿真过程,完成虚拟空间的映射,从而反映出相应物理设备过程的相应生命周期。

数字孪生技术已扩展到包括建筑物,工厂甚至城市等大型项目。有人说流程可以有数字孪生子,这进一步扩展了这个概念。这个想法首先出现在NASA:早期太空舱的完整模型用于镜像和诊断地面轨道上的问题,最终被全数字仿真所取代。

但是,在Gartner将“数字孪生”列为2017年十大战略技术趋势之一之后,这个术语才真正流行起来。 Gartner说,数字孪生是依赖传感器数据的物理事物或系统的动态软件模型。

在三到五年内,数字孪生将呈现数亿个对象。一年后,Gartner再次将数字双胞胎列为主要趋势,并预测到2020年,估计将有210亿个已连接的传感器和终端,并且数字双胞胎将在不久的将来存在数十亿个事物中。 ”

本质上,数字孪生是一种计算机程序,它将有关物理对象或系统的真实数据作为输入,并使用生成的数据作为输出来预测或模拟物理对象或系统将如何受到这些输入的影响。

数字双胞胎如何工作?

数字孪生的诞生是由专家(通常是数据科学或应用数学专家)确定的。这些开发人员研究了模拟物理对象或系统的物理原理,并使用数据开发了数学模型来模拟数字空间中的真实世界。

数字双胞胎的构造使其可以接收来自传感器的输入,这些传感器使用来自这些传感器的真实数据。这使得数字孪生可以实时模拟物理对象,从而洞悉性能和过程中的潜在问题。数字双胞胎也可以根据其物理对应物的原型进行设计。在这种情况下,数字双胞胎可以在产品精制后提供反馈。在构建任何物理版本之前,数字孪生兄弟甚至可以将其用作原型。

数字双胞胎示例

这是数字双胞胎的两个例子-汽车和货船-让您了解潜在的应用。飞机发动机,火车,轮船和涡轮机等物体可以在实际生产之前进行数字化设计和测试。这些数字双胞胎也可用于帮助维护操作。例如,技术人员可以在使用物理双胞胎之前使用数字双胞胎来测试设备的建议维修。

数字孪生业务应用程序存在于多个领域:

制造业是数字双胞胎部署最广泛的领域,就像德勤的案例研究一样,工厂已经在使用数字双胞胎来模拟其流程。

汽车的数字双胞胎成为可能,因为汽车已经配备了遥测传感器,但是随着越来越多的自动驾驶汽车上路,完善技术将变得更加重要。

医疗保健是产生上述数字双胞胎的领域。创可贴大小的传感器将健康信息发送回数字双胞胎,用于监视和预测患者的健康。

数字双胞胎与物联网

显然,物联网传感器的爆炸性增长使数字孪生成为可能。随着物联网设备的改进,数字孪生解决方案可以包含较小和较不复杂的对象,这为企业带来了更多好处。

数字双胞胎可用于根据可变数据预测不同的结果。这类似于运行在科幻电影中的模拟场景,在数字环境中已经证明了可能的场景。借助额外的软件和数据分析,数字孪生通常可以优化IoT部署以实现最高效率,并帮助设计人员确定实际部署之前的部署方式。

数字孪生可以复制物理对象的次数越多,发现效率和其他好处的可能性就越大。例如,在制造过程中,设备越高,设备越多,数字孪生可能会随着时间的推移更准确地模拟设备的运行,从而有助于预测未来的性能和可能的故障。

数字孪生供应商

建立数字孪生非常复杂,目前还没有标准化的平台。在该领域工作的Ian Skerrett在开源方面有着悠久的历史。他提出了一个数字孪生平台的框架,这只是第一步,因为该领域仍处于起步阶段。

与许多新兴技术相比,商业数字孪生产品实际上来自该领域的一些最大公司。例如,通用电气(GE)在喷气发动机制造过程中内部开发了数字孪生技术,现在为客户提供专业知识。

另一个大型制造业巨头西门子也是如此。为了不被这些工厂供应商超越,IBM正在营销“数字孪生兄弟”。作为物联网计划的一部分,微软还在Azure的保护下启动了自己的数字孪生平台。

数字孪生和预测孪生

“数字孪生”可以包括设备描述,3D渲染以及有关设备中所有传感器的详细信息。它不断生成传感器读数,以模拟现实生活中的选择。 ”

普里写道,可预测的双胞胎“为设备的未来状态和行为建模”。 “这是基于来自其他设备的历史数据,这些数据可以模拟故障和其他需要注意的情况。”

作为其数字双胞胎计划的一部分,Microsoft正在采用该概念并将其应用于物理产品以外的其他流程。在白皮书中,微软提出了数字处理双胞胎的想法:

微软表示:“流程清单是数字化转型的下一阶段,这将使整个工厂和供应链中的更多数字孪生受益。”相关白皮书强调了一些高级制造方案。

数字双胞胎的好处

数字双胞胎可以实时查看有形资产的状态,从而从根本上减轻了维护负担。雪佛龙公司正在为其油田和精炼厂推出数字孪生技术,预计将节省数百万美元的维护成本。西门子表示,使用数字孪生模型对未制造的物体进行建模和原型制作可以减少产品缺陷并缩短产品上市时间。

但是请记住,Gartner警告说:“数字双胞胎不仅需要,而且可能会增加复杂性。”对于特定的业务问题,数字双胞胎可能会遇到成本,安全性,隐私和集成等问题。 ”

数字双胞胎技能

有兴趣成为数字孪生专业人士吗?这些技能要求很高,并且需要机器学习,人工智能,预测分析和其他数据科学功能方面的专业知识。这就是大公司在这一领域坚持不懈的原因之一:雇用顾问团队可能比提升内部员工的技能更为合理。

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