什么是數(shù)字孿生?為什么它對(duì)物聯(lián)網(wǎng)很重要
什么是數(shù)字孿生?為什么它對(duì)物聯(lián)網(wǎng)很重要 2023-03-24 09:17:47 什么是數(shù)字孿生?為什么它對(duì)物聯(lián)網(wǎng)很重要 0

(文章轉(zhuǎn)載來(lái)源《千家網(wǎng)》)


數(shù)字孿生是物理設(shè)備的虛擬副本,數(shù)據(jù)科學(xué)家和IT專業(yè)人員可以在實(shí)際設(shè)備構(gòu)建和部署之前使用其來(lái)運(yùn)行模擬。數(shù)字孿生還可以獲取實(shí)時(shí)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù),并應(yīng)用人工智能和數(shù)據(jù)分析來(lái)優(yōu)化性能。


數(shù)字孿生技術(shù)已經(jīng)超越了制造業(yè),進(jìn)入了物聯(lián)網(wǎng)、人工智能和數(shù)據(jù)分析的融合世界。

隨著越來(lái)越復(fù)雜的“事物”相互連接,并具有生成數(shù)據(jù)的能力,擁有數(shù)字等效物使數(shù)據(jù)科學(xué)家和其他IT專業(yè)人員能夠優(yōu)化部署以實(shí)現(xiàn)最高效率,并創(chuàng)建其他假設(shè)場(chǎng)景。

什么是數(shù)字孿生?


數(shù)字孿生是物理對(duì)象或系統(tǒng)的數(shù)字表示。數(shù)字孿生背后的技術(shù)已經(jīng)擴(kuò)展到建筑、工廠甚至城市,一些人認(rèn)為甚至人和流程也可以擁有數(shù)字孿生,這進(jìn)一步擴(kuò)展了這個(gè)概念。

數(shù)字孿生的概念最早出現(xiàn)在美國(guó)宇航局:早期太空艙的全尺寸模型,在地面上用于鏡像和診斷軌道上的問(wèn)題,最終讓位于全數(shù)字模擬。

但在Gartner將數(shù)字孿生列為2017年十大戰(zhàn)略技術(shù)趨勢(shì)之一后,這個(gè)詞才真正流行起來(lái),并表示在三到五年內(nèi),“數(shù)十億事物將由數(shù)字孿生代表,這是一種物理事物或系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)軟件模型”。一年后,Gartner再次將數(shù)字孿生列為最主要的趨勢(shì),并表示“到2020年,預(yù)計(jì)將有210億個(gè)連接的傳感器和端點(diǎn),且在不久的將來(lái),數(shù)字雙孿生將存在于數(shù)十億件事物中。”

從本質(zhì)上講,數(shù)字孿生是一種計(jì)算機(jī)程序,其將關(guān)于物理對(duì)象或系統(tǒng)的真實(shí)數(shù)據(jù)作為輸入,并輸出預(yù)測(cè)或模擬物理對(duì)象或系統(tǒng)將如何受到這些輸入的影響。

數(shù)字孿生如何工作?


數(shù)字孿生最初是由專家構(gòu)建,通常是數(shù)據(jù)科學(xué)或應(yīng)用數(shù)學(xué)方面的專家。這些開(kāi)發(fā)人員研究被模仿的物理對(duì)象或系統(tǒng)的物理基礎(chǔ),并使用這些數(shù)據(jù)開(kāi)發(fā)一個(gè)數(shù)學(xué)模型,在數(shù)字空間中模擬真實(shí)世界的原始模型。

孿生的構(gòu)造使其可以接收來(lái)自傳感器的輸入,這些傳感器從現(xiàn)實(shí)世界的對(duì)應(yīng)物收集數(shù)據(jù)。這允許孿生實(shí)時(shí)模擬物理對(duì)象,在此過(guò)程中提供對(duì)性能和潛在問(wèn)題的洞察。孿生也可以基于其物理對(duì)應(yīng)物的原型進(jìn)行設(shè)計(jì),在這種情況下,孿生可以在產(chǎn)品改進(jìn)時(shí)提供反饋;在構(gòu)建任何物理版本之前,孿生甚至可以作為原型本身。

數(shù)字孿生可以是復(fù)雜或簡(jiǎn)單的,用于構(gòu)建和更新其的數(shù)據(jù)量將決定模擬物理對(duì)象的精確程度。如,以汽車數(shù)字孿生為例,只需要幾個(gè)輸入變量就可以計(jì)算里程。

數(shù)字孿生與模擬


術(shù)語(yǔ)模擬和數(shù)字孿生經(jīng)常互換使用,但它們是不同的東西。模擬是用CAD系統(tǒng)或類似的平臺(tái)設(shè)計(jì)的,可以進(jìn)行模擬,但可能不會(huì)與真實(shí)的物理對(duì)象進(jìn)行一對(duì)一的模擬。相比之下,數(shù)字孿生是基于真實(shí)設(shè)備上物聯(lián)網(wǎng)傳感器的輸入構(gòu)建的,這意味著其復(fù)制了現(xiàn)實(shí)世界的系統(tǒng),并隨著時(shí)間的推移而改變。模擬往往用于產(chǎn)品生命周期的設(shè)計(jì)階段,試圖預(yù)測(cè)未來(lái)產(chǎn)品的工作方式,而數(shù)字孿生提供了業(yè)務(wù)的各個(gè)部分,了解其已經(jīng)使用的某些產(chǎn)品或系統(tǒng)現(xiàn)在是如何工作的。

數(shù)字孿生用例


在數(shù)字孿生示例中,汽車和貨船提供了一種潛在用例的感覺(jué)。飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)、火車、海上石油平臺(tái)和渦輪機(jī)等物體可以在實(shí)際生產(chǎn)之前進(jìn)行數(shù)字設(shè)計(jì)和測(cè)試。這些數(shù)字孿生也可以用來(lái)幫助維護(hù)操作。例如,技術(shù)人員可以在應(yīng)用修復(fù)之前使用數(shù)字孿生來(lái)測(cè)試設(shè)備的擬議修復(fù)是否有效。

數(shù)字孿生商業(yè)應(yīng)用存在于許多領(lǐng)域:


  • 正如Deloitte的案例研究所示,制造業(yè)是數(shù)字孿生技術(shù)推廣最深入的領(lǐng)域,工廠已經(jīng)在使用數(shù)字孿生模型來(lái)模擬其流程。

  • 汽車數(shù)字孿生之所以成為可能,是因?yàn)槠囈呀?jīng)安裝了遙測(cè)傳感器,但隨著越來(lái)越多的自動(dòng)駕駛汽車上路,改進(jìn)這項(xiàng)技術(shù)將變得更加重要。

  • 醫(yī)療保健是一個(gè)可以產(chǎn)生數(shù)字孿生的行業(yè)。創(chuàng)可貼大小的傳感器可以將健康信息發(fā)送回?cái)?shù)字孿生,用于監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)患者的健康狀況。


數(shù)字孿生有哪些類型?


IBM提供的分類方案不是基于特定的行業(yè),而是基于孿生對(duì)象的復(fù)雜性。這提供了一種有用的方法來(lái)考慮特定用例中的需求,并讓我們了解數(shù)字孿生可以做什么:


  • 組件或部件孿生模擬功能組件的最小示例。

  • 資產(chǎn)孿生模擬兩個(gè)或多個(gè)組件一起工作,并可研究其之間的交互。

  • 系統(tǒng)或單元孿生可查看多個(gè)系統(tǒng)資產(chǎn)如何協(xié)同工作,例如模擬整個(gè)生產(chǎn)線。

  • 流程孿生采用系統(tǒng)協(xié)同工作的絕對(duì)頂層視圖,可了解整個(gè)工廠的運(yùn)行方式。

值得注意的是,向組合中添加更多組件會(huì)增加復(fù)雜性。特別是,混合和匹配來(lái)自不同制造商的組件可能會(huì)很困難,因?yàn)檫@需要每個(gè)人的知識(shí)產(chǎn)權(quán)才能在數(shù)字孿生世界中很好地協(xié)同工作。

數(shù)字孿生與物聯(lián)網(wǎng)


顯然,物聯(lián)網(wǎng)傳感器的激增是數(shù)字孿生成為可能的部分原因。隨著物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的不斷完善,數(shù)字孿生場(chǎng)景可以包含更小、更簡(jiǎn)單的對(duì)象,從而為企業(yè)帶來(lái)更多好處。

數(shù)字孿生可以用來(lái)預(yù)測(cè)基于可變數(shù)據(jù)的不同結(jié)果。這類似于科幻電影中經(jīng)常出現(xiàn)的運(yùn)行模擬場(chǎng)景,即在數(shù)字環(huán)境中驗(yàn)證可能的場(chǎng)景。通過(guò)額外的軟件和數(shù)據(jù)分析,數(shù)字孿生通??梢詢?yōu)化物聯(lián)網(wǎng)部署,以實(shí)現(xiàn)最大效率,并幫助設(shè)計(jì)師在物理部署之前確定事物應(yīng)該去哪里或如何運(yùn)作。

數(shù)字孿生復(fù)制物理對(duì)象的次數(shù)越多,效率和其他好處就越有可能被發(fā)現(xiàn)。例如,在部署了高度儀器化設(shè)備的制造業(yè)中,數(shù)字孿生可以模擬設(shè)備隨著時(shí)間的推移的性能,這有助于預(yù)測(cè)未來(lái)的性能和可能的故障。


數(shù)字孿生與預(yù)測(cè)孿生


Network World撰稿人Deepak Puri最近概述了一個(gè)Oracle數(shù)字孿生工具示例,該工具為用戶提供兩種選擇——數(shù)字孿生和預(yù)測(cè)孿生。

“數(shù)字孿生”可以包括設(shè)備的描述、3D渲染和設(shè)備中所有傳感器的詳細(xì)信息。其不斷生成模擬現(xiàn)實(shí)生活選項(xiàng)的傳感器讀數(shù)?!?/span>

Puri寫(xiě)道,預(yù)測(cè)孿生“模擬了設(shè)備未來(lái)的狀態(tài)和行為”?!斑@是基于其他設(shè)備的歷史數(shù)據(jù),可以模擬故障和其他需要注意的情況。”

作為其數(shù)字孿生計(jì)劃的一部分,Microsoft正在將這一概念應(yīng)用到物理產(chǎn)品之外的流程中。在一份白皮書(shū)中,Microsoft提出了數(shù)字進(jìn)程孿生的想法:

Microsoft表示:“過(guò)程數(shù)字孿生是數(shù)字化轉(zhuǎn)型的下一個(gè)階段,將產(chǎn)品數(shù)字孿生的好處結(jié)合到整個(gè)工廠和供應(yīng)鏈中?!卑灼?shū)強(qiáng)調(diào)了一些先進(jìn)的制造場(chǎng)景,這些場(chǎng)景是產(chǎn)品數(shù)字孿生不支持的,但過(guò)程數(shù)字孿生會(huì)支持。

數(shù)字孿生的好處與風(fēng)險(xiǎn)


數(shù)字孿生可以實(shí)時(shí)查看物理資產(chǎn)的情況,從而從根本上減輕維護(hù)負(fù)擔(dān)。Chevron正在為其油田和煉油廠推出數(shù)字孿生技術(shù),預(yù)計(jì)將節(jié)省數(shù)百萬(wàn)美元的維護(hù)成本。Siemens在其宣傳中表示,使用數(shù)字孿生對(duì)尚未制造出來(lái)的產(chǎn)品進(jìn)行建模和原型設(shè)計(jì),可以減少產(chǎn)品缺陷,并縮短上市時(shí)間。

但請(qǐng)記住,Gartner警告到,數(shù)字孿生并不總是必要的,而且可能會(huì)不必要地增加復(fù)雜性。“對(duì)于特定的業(yè)務(wù)問(wèn)題,數(shù)字孿生可能是一種過(guò)度的技術(shù)。還有成本、安全、隱私和集成方面的擔(dān)憂?!?/span>


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