什么是数字双胞胎?如何改变物联网、人工智能?

  数字双胞胎是物理对象的虚拟复制品,数据科学家和IT专业人员可以在构建和部署实际设备之前使用它们来运行模拟。它们还改变了物联网、人工智能和预测分析等技术的优化方式。

什么是数字双胞胎?如何改变物联网、人工智能?

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  数字双胞胎技术已经超越了制造业,并进入了物联网、人工智能和数据分析的融合世界。

  随着更复杂的“事物”与生成数据的能力联系在一起,拥有数字等价物使数据科学家和其他IT专业人员能够优化部署以实现最高效率,并创建其他假设情景。

  什么是数字双胞胎?

  数字双胞胎是物理对象或系统的数字表示。数字双胞胎背后的技术已经扩展到包括建筑、工厂甚至城市等大型项目,一些人甚至说人体也可以拥有数字双胞胎技术,这也进一步扩展了该概念的应用范围。数字双胞胎的想法最早出现在美国宇航局:早期太空舱的全尺寸模型,用于地面镜像和诊断轨道上的问题,并最终被全数字模拟所取代。

  在Gartner将数字双胞胎列为2017年十大战略技术趋势之后,这个术语才真正开始流行起来,并称“在三到五年内,数十亿的东西将由数字双胞胎来代表,它是物理对象或系统的动态软件模型”。 一年后,Gartner再次将数字双胞胎列为最佳趋势,并表示“到2020年,估计有210亿个传感器和端点连接在一起,并且在不久的将来,数字双胞胎将存在于数十亿个事物中。”

  从本质上讲,数字双胞胎是一个计算机程序,它将有关物理对象或系统的真实数据作为输入,并生成输出预测或模拟物理对象或系统将如何受到这些输入的影响。

  数字双胞胎是如何工作的?

  数字双胞胎由专家构建,这些专家通常是数据科学或应用数学方面的专家。这些开发人员研究被模拟的物理对象或系统背后的基础物理,并使用这些数据开发一个数学模型来模拟数字空间中的真实世界。

  对双胞胎的构建使得它能够接收来自传感器的输入,这些传感器收集来自现实世界中对应物的数据。这使得双胞胎能够实时模拟物理对象,并在这个过程中提供对性能和潜在问题的洞察力。数字双胞胎也可以基于其物理对应物的原型进行设计,在这种情况下,数字双胞胎可以随着产品的改进不断提供反馈。在构建任何物理版本之前,双胞胎甚至可以作为原型。

  在一篇文章中,Eniram详细介绍了这一过程。该公司创建了大型集装箱船的数字双胞胎——这是一种极其复杂的数字双胞胎应用。然而,数字双胞胎可以很复杂,也可以很简单,并且你用来构建和更新它的数据量将决定你模拟物理对象的精确程度。

  数字双胞胎用例

  飞机发动机、火车、海上平台和涡轮机等物体可以在实际生产前进行数字化设计和测试。这些数字双胞胎也可以用来帮助维护操作,例如,在准备修复物理设备之前,技术人员可以使用数字双胞胎来测试设备的建议修正工作。

  数字双胞胎应用存在于多个领域:

  ▲制造业可能是数字双胞胎推广最深入的领域,工厂已经在使用数字双胞胎来模拟他们的流程。

  ▲汽车数字双胞胎之所以成为可能,是因为汽车已经安装了遥测传感器,但是随着更多自动驾驶汽车上路,完善这项技术将变得更加重要。

  ▲医疗保健是产生我们上面提到的人体数字双胞胎的机构。创可贴大小的传感器将健康信息发送回用于监测和预测患者健康状况的数字双胞胎。

  数字双胞胎和物联网

  很显然,物联网传感器的爆发是使数字双胞胎成为可能的部分原因。随着物联网设备的完善,数字双胞胎场景可以包括更小、更简单的对象,从而为公司带来额外好处。

  数字双胞胎可以根据可变数据来预测不同的结果。这类似于科幻电影中常见的模拟运行场景,其中可能的场景已经在数字环境中得到证实。通过额外的软件和数据分析,数字双胞胎通常可以优化物联网部署以实现最大效率,并帮助设计人员在物理部署之前确定应该采取的措施或运营方式。

  数字双胞胎越能复制物理对象,就越有可能发现效率和其他好处。例如,在制造过程中,仪表化的设备越多,数字双胞胎就能越精确地模拟设备随时间的运行情况,这有助于预测未来的性能和可能出现的故障。

  数字双胞胎供应商

  建立数字双胞胎系统是复杂的,目前还没有标准化的平台可以使用。伊恩·斯克里特(Ian Skerrett)是该领域的顾问,他在开源领域有着多年的经验,他提出了一个数字双胞胎平台的概要,尽管这是第一步,但也非常适合目前的萌芽阶段。

  与许多新兴技术相比,商业数字双胞胎应用实际上来自该领域的一些最大公司。例如,作为喷气发动机制造流程的一部分,通用电气在内部开发了数字双胞胎技术,现在正在向客户提供专业知识,另一家大力参与制造的工业巨头西门子也是如此。为了不被这些工厂供应商超越,作为物联网推动的一部分,IBM正在营销数字双胞胎技术,而微软则正在Azure 下提供自己的数字双胞胎平台。

  数字双胞胎与预测双胞胎

  在2017年11月《网络世界》的一篇文章中,撰稿人Deepak Puri列举了一个甲骨文数字双胞胎工具的例子,该工具为用户提供了两种选择——数字双胞胎和预测性双胞胎。

  数字双胞胎“可以包括设备的描述、3D渲染和设备中所有传感器的细节。它不断生成模拟现实生活选项的传感器读数。”

  Deepak Puri写道,预测性双胞胎“模拟了设备的未来状态和行为”。“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,微软正在将这一概念应用于物理产品之外的流程。在一份白皮书中,微软提出了数字流程双胞胎的概念:

  微软表示:“数字流程双胞胎是数字化转型的下一个阶段,它将产品数字双胞胎的优势整合到整个工厂和供应链中”。相关白皮书强调了产品数字双胞胎不支持一些高级场景,而流程数字双胞胎则支持。

  数字双胞胎的好处

  数字双胞胎可以实时查看实物资产的情况,这可以从根本上减轻维护负担。雪佛龙公司正在为其油田和炼油厂推出数字双胞胎技术,预计将节省数百万美元的维护成本。西门子表示,使用数字双胞胎来模拟和原型化尚未制造的物体,可以减少产品缺陷,缩短上市时间。

  但请记住,Gartner警告说,数字双胞胎并不总是需要的,并且会不必要地增加复杂性。 “数字双胞胎可能是对特定业务问题的技术过度放大,而且还有成本、安全性、隐私和集成方面的担忧”。

  数字双胞胎技能

  有兴趣成为数字双胞胎专家吗?这些技能要求很高,需要机器学习、人工智能、预测性分析和其他数据科学能力方面的专业知识。这就是大公司在这个领域胜出的部分原因:小公司可能会发现雇佣顾问团队比提升内部员工更合理。

  参考:itworld

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