數(shù)字孿生是如何工作的它的應用領域有哪些

現(xiàn)如今，數(shù)字孿生技術不只應用在制造業(yè)，它已經徹底進入了物聯(lián)網(wǎng)，人工智能和數(shù)據(jù)分析的融合世界。隨著更復雜的“事物”與生成數(shù)據(jù)的能力聯(lián)系在一起，擁有數(shù)字等同物使數(shù)據(jù)科學家和其他IT專業(yè)人員，能夠以最高效率優(yōu)化部署虛擬場景。

什么是數(shù)字孿生？

數(shù)字孿生是充分利用物理模型、傳感器更新、運行歷史等數(shù)據(jù)，集成多學科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過程，在虛擬空間中完成映射，從而反映相對應的實體裝備的全生命周期過程。

數(shù)字孿生技術已經擴展到包括建筑物，工廠甚至城市等大型項目，有人說流程可以擁有數(shù)字孿生，從而進一步擴展了這一概念。這個想法首先出現(xiàn)在NASA：早期太空艙的完整模型在地面上用于鏡像和診斷軌道中的問題，最終被全數(shù)字模擬所取代。

但在Gartner將“數(shù)字孿生”列為2017年十大戰(zhàn)略技術趨勢之一后，這個名詞才真正流行起來。Gartner表示，數(shù)字孿生是物理事物或系統(tǒng)的動態(tài)軟件模型，它依賴傳感器數(shù)據(jù)。

三到五年內，數(shù)以億計的物件將由數(shù)字孿生呈現(xiàn)。一年后，Gartner再次將數(shù)字孿生列為主要趨勢，并預測，到2020年，估計有210億個連接的傳感器和終端，數(shù)字孿生將在不久的將來存在于數(shù)十億個事物中?！?/p>

本質上，數(shù)字孿生是一種計算機程序，它將有關物理對象或系統(tǒng)的真實數(shù)據(jù)作為輸入，并將生成的數(shù)據(jù)作為輸出，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)字孿生的誕生是由專家（通常是數(shù)據(jù)科學或應用數(shù)學專家）建立的。這些開發(fā)人員研究了被模仿的物理對象或系統(tǒng)基礎的物理學，并使用該數(shù)據(jù)開發(fā)了數(shù)學模型，以模擬數(shù)字空間中的真實世界。

數(shù)字孿生的構造使其可以接收來自傳感器的輸入，這些傳感器從真實世界的數(shù)據(jù)。這使數(shù)字孿生可以實時地仿真物理對象，在這個過程中可以洞察性能和潛在問題。數(shù)字孿生也可以根據(jù)其物理對應物的原型進行設計，在這種情況下，數(shù)字孿生可以在產品精制時提供反饋。在構建任何物理版本之前，數(shù)字孿生甚至可以自己作為原型。

數(shù)字孿生實例

這里有兩個數(shù)字孿生的例子——汽車和貨船——讓您了解潛在應用。飛機引擎、火車、輪船和渦輪機等物體，可以在實際生產之前進行數(shù)字化設計和測試。這些數(shù)字孿生也可用于幫助維護操作。例如，技術人員可以在應用物理孿生之前，使用數(shù)字孿生胎對某件設備的建議修復進行測試。

數(shù)字孿生業(yè)務應用程序存在于多個領域：

●制造業(yè)是數(shù)字孿生部署最廣泛的領域，工廠已經在使用數(shù)字孿生來模擬其流程，正如德勤的案例研究

●汽車數(shù)字孿生之所以成為可能，是因為汽車已經裝有遙測傳感器，但是隨著越來越多的自動駕駛汽車上路，完善技術將變得更加重要。

●醫(yī)療保健是產生上述數(shù)字孿生的領域。創(chuàng)可貼大小的傳感器將健康信息發(fā)送回數(shù)字孿生，用于監(jiān)視和預測患者的健康狀況。

數(shù)字孿生和物聯(lián)網(wǎng)

顯然，物聯(lián)網(wǎng)傳感器的爆炸式增長使數(shù)字孿生成為可能。隨著物聯(lián)網(wǎng)設備的完善，數(shù)字孿生方案可以包含較小和較不復雜的對象，這給企業(yè)帶來了額外的好處。

數(shù)字孿生可用于根據(jù)可變數(shù)據(jù)預測不同的結果。這類似于科幻電影中經常出現(xiàn)的運行模擬場景，其中在數(shù)字環(huán)境中證明了可能的場景。借助額外的軟件和數(shù)據(jù)分析，數(shù)字孿生通?？梢詢?yōu)化IoT部署以實現(xiàn)最高效率，并幫助設計人員在實際部署之前確定應該去的地方或操作方式。

數(shù)字孿生可以復制物理對象的次數(shù)越多，發(fā)現(xiàn)效率和其他好處的可能性就越大。例如，在制造過程中，儀器越高的設備越多，數(shù)字孿生可能會更準確地模擬設備隨時間的運行情況，從而有助于預測未來的性能和可能的故障。

數(shù)字孿生供應商

建立數(shù)字孿生非常復雜，目前還沒有標準化的平臺。從事該領域工作的Ian Skerrett，其背后擁有悠久的開放源代碼歷史，他提出了一個數(shù)字孿生平臺的框架，這只是第一步，因為這一領域還處于萌芽階段。

與許多新興技術相比，商業(yè)數(shù)字孿生產品實際上來自該領域的一些最大公司。例如，通用電氣（GE）在內部開發(fā)了數(shù)字孿生技術，作為噴氣發(fā)動機制造過程的一部分，現(xiàn)在向客戶提供專業(yè)知識。

另一家大規(guī)模與制造的工業(yè)巨頭西門子（Siemens）也是如此。為了不被這些工廠供應商超越，IBM正在營銷“數(shù)字孿生”，作為其物聯(lián)網(wǎng)計劃的一部分，微軟也在Azure的保護傘下推出了自己的數(shù)字孿生平臺。

數(shù)字孿生與預測孿生

“數(shù)字孿生”可以包括設備說明，3D渲染以及設備中所有傳感器的詳細信息。它不斷生成模擬現(xiàn)實生活選擇的傳感器讀數(shù)?！?/p>

Puri寫道，可預測孿生“為設備的未來狀態(tài)和行為建?！?。“這是基于來自其他設備的歷史數(shù)據(jù)，這些數(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正在采用該概念并將其應用于除物理產品之外的流程中。 在白皮書中，Microsoft提出了數(shù)字處理孿生的想法：

微軟表示：“流程清單是數(shù)字化轉型的下一個階段，使整個工廠和供應鏈中的產品數(shù)字孿生受益更多?！毕嚓P的白皮書重點強調了一些先進的制造場景。

數(shù)字孿生的好處

數(shù)字孿生可以實時查看物理資產的情況，從而從根本上減輕維護負擔。雪佛龍公司正在為其油田和煉油廠推出數(shù)字孿生技術，預計將節(jié)省數(shù)百萬美元的維護費用。西門子表示，使用數(shù)字孿生對尚未制造的物體進行建模和原型設計，可以減少產品缺陷并縮短產品上市時間。

但請記住，Gartner警告稱，“數(shù)字孿生并非剛需，可能會增加復雜性?！睂τ谔囟ǖ纳虡I(yè)問題而言，數(shù)字孿生可能存在成本、安全性、隱私和集成等方面的問題。”

數(shù)字孿生技能

有興趣成為數(shù)字孿生專業(yè)人士嗎？這些技能要求很高，并且需要機器學習，人工智能，預測分析和其他數(shù)據(jù)科學功能方面的專業(yè)知識。這就是大公司在此領域掛出招牌的原因之一：可能聘請顧問團隊比提升內部員工的技能更為合理。

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