全新的物聯網時代數字孿生技術在其中扮演者怎樣的角色?

       現階段,數字孿生技術不只運用在加工製造業,它早已徹底進入了物聯網,人工智能和大數據分析的融合世界。伴隨着更復雜的“事物”與生成數據的能力關聯在一起,擁有數字等同物使大數據工程師和其他的IT技術專業人員,能夠以最高的效率優化部署虛擬場景。

1、到底什麼是數字孿生?

       數字孿生是充分運用物理模型、傳感器更新、運行歷史等數據,集成多學科、多物理量、多尺度、多概率的模擬仿真過程,在虛擬空間中進行映射,從而反映相對應的實體裝備的全生命週期過程。

       數字孿生技術早已拓展到包含建築物,工廠甚至是城市等大型項目,有些人說流程可以擁有數字孿生,從而更進一步拓展了這個概念。這個想法最先出現在NASA:最早的時候太空艙的詳細模型在地面上用於鏡像和診斷軌道中的問題,最終被全數字模擬所替代。

       但在Gartner將“數字孿生”列入2017年十大戰略性技術趨勢之一後,這個名詞才真正的流行起來。Gartner表示,數字孿生是物理事物或系統的動態軟件模型,它依賴於傳感器數據。三到五年內,數以億計的物品將由數字孿生呈現。一年後,Gartner再次將數字孿生列入主要趨勢,並預測,到2020年,預計有210億個連接的傳感器和終端設備,數字孿生將在不久的將來存在於數十億個事物中。”

       其本質上,數字孿生是某種計算機程序,它將相關物理對象或系統的真實數據作爲輸入,並將生成的數據作爲輸出,預測或模擬物理對象或系統將怎樣遭受這些輸入的影響。

2、數字孿生怎樣工作?

       數字孿生的興起是由專家(通常是數據科學或應用數學專家)建立的。這些開發人員探究了被模仿的物理對象或系統基礎的物理學,並使用該數據開發了數學模型,以模擬數字空間中的真實世界。

       數字孿生的構造使其可以接收來自於傳感器的輸入,這些傳感器從真實世界的數據。這使數字孿生可以實時地模擬仿真物理對象,在這個過程中可以洞悉性能和潛在問題。數字孿生也可以根據其物理對應物的原型進行設計,在這種情況下,數字孿生可以在產品精製時提供反饋。在創建任何物理版本之前,數字孿生甚至是可以自身作爲原型。

3、數字孿生實例

       這裏有兩個數字孿生的案例——汽車和貨船——讓您瞭解潛在應用。飛機引擎、火車、輪船和渦輪機等物體,可以在實際生產之前展開數字化設計和測試。這些數字孿生也可用來協助維護操作。比如說,技術人員可以在應用物理孿生之前,運用數字孿生胎對某件設備的建議修復展開測試。數字孿生業務應用程序存在於多個領域:

       1)加工製造業是數字孿生部署最廣泛的領域,工廠早已在運用數字孿生來模擬其流程,正如德勤的案例研究。

       2)汽車數字孿生之所以能夠變成可能,是由於汽車早已裝配有遙測傳感器,但是伴隨着愈來愈多的自動駕駛汽車上路,健全完善技術將變得愈發重要。

       3)醫療保健是產生上述數字孿生的領域。創可貼大小的傳感器將健康信息傳送回數字孿生,用來監控和預測患者的健康狀況。

4、數字孿生和物聯網

       顯而易見,物聯網傳感器的爆炸式增長使數字孿生變成可能。伴隨着物聯網設備的健全完善,數字孿生方案可以包含較小和較不復雜的對象,這給企業帶來了額外的好處。

       數字孿生可用來根據可變數據預測不同的結果。這類似於科幻片中經常會出現的運行模擬場景,其中在數字環境中證明了可能的場景。藉助額外的軟件和數據分析,數字孿生通常可以優化IoT部署以實現最高效率,並協助設計人員在實際部署之前明確應該去的地方或操作方式。

       數字孿生可以複製物理對象的次數越多,發現效率和其他好處的可能性就越大。比如說,在製造過程中,儀器越高的設備越多,數字孿生可能會更準確地模擬設備隨時間的運行情況,從而有利於預測未來的性能和可能的故障。

5、數字孿生供應商

       構建數字孿生十分複雜,目前爲止還沒有標準化的平臺。從事該領域工作的IanSkerrett,其背後有着悠久的開放源代碼歷史,他提出了一個數字孿生平臺的框架結構,這只不過是第一步,因爲這個領域還處在萌芽階段。與許多新興技術相比,商業數字孿生產品實際上來自於該領域的一些最大的公司。比如說,通用電氣(GE)在內部開發了數字孿生技術,作爲噴氣式發動機生產製造過程的一部分,現如今向用戶提供專業知識。

       另一家大規模與生產製造的工業巨頭西門子(Siemens)也是這般。爲了不被這些工廠供應商超越,IBM正在營銷“數字孿生”,作爲其物聯網計劃的一部分,微軟也在Azure的保護傘下發布了自己的數字孿生平臺。

6、數字孿生與預測孿生

       “數字孿生”可以包含設備說明,3D渲染以及設備中所有傳感器的詳細信息。它不斷地生成模擬現實生活選擇的傳感器讀數。”可預測孿生“爲設備的未來狀態和行爲建模”。“這是基於來自其他設備的歷史數據,這些數據可以仿真模擬故障和其他需要注意的狀況。”作爲其數字孿生計劃的一部分,Microsoft正在運用該概念並將其應用於除物理產品之外的流程中。微軟表示:“流程清單是數字化轉型的下一個階段,使整個工廠和供應鏈中的產品數字孿生受益更多。”有關的白皮書重點強調了一些先進的生產製造場景。

7、數字孿生的好處

       數字孿生可以實時查看物理資產的狀況,進而從源頭上緩解維護負擔。雪佛龍公司正在爲其油田和煉油廠推出數字孿生技術,預估將節省數百萬美元的維護費用。西門子表示,使用數字孿生對尚未生產製造的物體進行建模和原型設計,可以減少產品缺陷並縮短產品上市時間。

       但請牢記,Gartner警告稱,“數字孿生並不是剛性需求,很有可能會增添複雜性。”對於特定的商業問題來說,數字孿生很有可能存在成本、安全性、隱私和集成等方面的問題。”

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