導讀:數(shù)字孿生是物理設備的虛擬副本,數(shù)據(jù)科學家和IT專業(yè)人員可以在實際設備構(gòu)建和部署之前使用其來運行模擬。數(shù)字孿生還可以獲取實時物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù),并應用人工智能和數(shù)據(jù)分析來優(yōu)化性能。
什么是數(shù)字孿生?為什么它對物聯(lián)網(wǎng)很重要
數(shù)字孿生是物理設備的虛擬副本,數(shù)據(jù)科學家和IT專業(yè)人員可以在實際設備構(gòu)建和部署之前使用其來運行模擬。數(shù)字孿生還可以獲取實時物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù),并應用人工智能和數(shù)據(jù)分析來優(yōu)化性能。
數(shù)字孿生技術(shù)已經(jīng)超越了制造業(yè),進入了物聯(lián)網(wǎng)、人工智能和數(shù)據(jù)分析的融合世界。
隨著越來越復雜的“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)科學家和其他IT專業(yè)人員能夠優(yōu)化部署以實現(xiàn)最高效率,并創(chuàng)建其他假設場景。
什么是數(shù)字孿生?
數(shù)字孿生是物理對象或系統(tǒng)的數(shù)字表示。數(shù)字孿生背后的技術(shù)已經(jīng)擴展到建筑、工廠甚至城市,一些人認為甚至人和流程也可以擁有數(shù)字孿生,這進一步擴展了這個概念。
數(shù)字孿生的概念最早出現(xiàn)在美國宇航局: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)趨勢之一后,這個詞才真正流行起來,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,并表示“到2020年,預計將有210億個連接的傳感器和端點,且在不久的將來,數(shù)字雙孿生將存在于數(shù)十億件事物中?!?/p>
從本質(zhì)上講,數(shù)字孿生是一種計算機程序,其將關(guān)于物理對象或系統(tǒng)的真實數(shù)據(jù)作為輸入,并輸出預測或模擬物理對象或系統(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)科學或應用數(shù)學方面的專家。這些開發(fā)人員研究被模仿的物理對象或系統(tǒng)的物理基礎,并使用這些數(shù)據(jù)開發(fā)一個數(shù)學模型,在數(shù)字空間中模擬真實世界的原始模型。
孿生的構(gòu)造使其可以接收來自傳感器的輸入,這些傳感器從現(xiàn)實世界的對應物收集數(shù)據(jù)。這允許孿生實時模擬物理對象,在此過程中提供對性能和潛在問題的洞察。孿生也可以基于其物理對應物的原型進行設計,在這種情況下,孿生可以在產(chǎn)品改進時提供反饋;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)字孿生可以是復雜或簡單的,用于構(gòu)建和更新其的數(shù)據(jù)量將決定模擬物理對象的精確程度。如,以汽車數(shù)字孿生為例,只需要幾個輸入變量就可以計算里程。
數(shù)字孿生與模擬
術(shù)語模擬和數(shù)字孿生經(jīng)?;Q使用,但它們是不同的東西。模擬是用CAD系統(tǒng)或類似的平臺設計的,可以進行模擬,但可能不會與真實的物理對象進行一對一的模擬。相比之下,數(shù)字孿生是基于真實設備上物聯(lián)網(wǎng)傳感器的輸入構(gòu)建的,這意味著其復制了現(xiàn)實世界的系統(tǒng),并隨著時間的推移而改變。模擬往往用于產(chǎn)品生命周期的設計階段,試圖預測未來產(chǎn)品的工作方式,而數(shù)字孿生提供了業(yè)務的各個部分,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。飛機發(fā)動機、火車、海上石油平臺和渦輪機等物體可以在實際生產(chǎn)之前進行數(shù)字設計和測試。這些數(shù)字孿生也可以用來幫助維護操作。例如,技術(shù)人員可以在應用修復之前使用數(shù)字孿生來測試設備的擬議修復是否有效。
數(shù)字孿生商業(yè)應用存在于許多領域:
正如Deloitte的案例研究所示,制造業(yè)是數(shù)字孿生技術(shù)推廣最深入的領域,工廠已經(jīng)在使用數(shù)字孿生模型來模擬其流程。
汽車數(shù)字孿生之所以成為可能,是因為汽車已經(jīng)安裝了遙測傳感器,但隨著越來越多的自動駕駛汽車上路,改進這項技術(shù)將變得更加重要。
醫(yī)療保健是一個可以產(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)送回數(shù)字孿生,用于監(jiān)測和預測患者的健康狀況。
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),而是基于孿生對象的復雜性。這提供了一種有用的方法來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)孿生模擬兩個或多個組件一起工作,并可研究其之間的交互。
系統(tǒng)或單元孿生可查看多個系統(tǒng)資產(chǎn)如何協(xié)同工作,例如模擬整個生產(chǎn)線。
流程孿生采用系統(tǒng)協(xié)同工作的絕對頂層視圖,可了解整個工廠的運行方式。
值得注意的是,向組合中添加更多組件會增加復雜性。特別是,混合和匹配來自不同制造商的組件可能會很困難,因為這需要每個人的知識產(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)設備的不斷完善,數(shù)字孿生場景可以包含更小、更簡單的對象,從而為企業(yè)帶來更多好處。
數(shù)字孿生可以用來預測基于可變數(shù)據(jù)的不同結(jié)果。這類似于科幻電影中經(jīng)常出現(xiàn)的運行模擬場景,即在數(shù)字環(huán)境中驗證可能的場景。通過額外的軟件和數(shù)據(jù)分析,數(shù)字孿生通常可以優(yōu)化物聯(lián)網(wǎng)部署,以實現(xiàn)最大效率,并幫助設計師在物理部署之前確定事物應該去哪里或如何運作。
數(shù)字孿生復制物理對象的次數(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備的制造業(yè)中,數(shù)字孿生可以模擬設備隨著時間的推移的性能,這有助于預測未來的性能和可能的故障。
數(shù)字孿生與預測孿生
Network World撰稿人Deepak Puri最近概述了一個Oracle數(shù)字孿生工具示例,該工具為用戶提供兩種選擇——數(shù)字孿生和預測孿生。
“數(shù)字孿生”可以包括設備的描述、3D渲染和設備中所有傳感器的詳細信息。其不斷生成模擬現(xiàn)實生活選項的傳感器讀數(shù)。”
Puri寫道,預測孿生“模擬了設備未來的狀態(tài)和行為”?!斑@是基于其他設備的歷史數(shù)據(jù),可以模擬故障和其他需要注意的情況?!?/p>
作為其數(shù)字孿生計劃的一部分,Microsoft正在將這一概念應用到物理產(chǎn)品之外的流程中。在一份白皮書中,Microsoft提出了數(shù)字進程孿生的想法:
Microsoft表示:“過程數(shù)字孿生是數(shù)字化轉(zhuǎn)型的下一個階段,將產(chǎn)品數(shù)字孿生的好處結(jié)合到整個工廠和供應鏈中?!卑灼鴱娬{(diào)了一些先進的制造場景,這些場景是產(chǎn)品數(shù)字孿生不支持的,但過程數(shù)字孿生會支持。
數(shù)字孿生的好處與風險
數(shù)字孿生可以實時查看物理資產(chǎn)的情況,從而從根本上減輕維護負擔。Chevron正在為其油田和煉油廠推出數(shù)字孿生技術(shù),預計將節(jié)省數(shù)百萬美元的維護成本。Siemens在其宣傳中表示,使用數(shù)字孿生對尚未制造出來的產(chǎn)品進行建模和原型設計,可以減少產(chǎn)品缺陷,并縮短上市時間。
但請記住,Gartner警告到,數(shù)字孿生并不總是必要的,而且可能會不必要地增加復雜性?!皩τ谔囟ǖ臉I(yè)務問題,數(shù)字孿生可能是一種過度的技術(shù)。還有成本、安全、隱私和集成方面的擔憂?!?/p>