數(shù)字雙胞胎將如何改變物聯(lián)網(wǎng)和人工智能

數(shù)字雙胞胎是物理對象的虛擬復制品，數(shù)據(jù)科學家和IT專業(yè)人員可以在構(gòu)建和部署實際設(shè)備之前使用它們來運行模擬。它們還改變了物聯(lián)網(wǎng)、人工智能和預(yù)測分析等技術(shù)的優(yōu)化方式。

數(shù)字雙胞胎技術(shù)已經(jīng)超越了制造業(yè)，并進入了物聯(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)字等價物使數(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(shè)情景。

什么是數(shù)字雙胞胎？

數(shù)字雙胞胎是物理對象或系統(tǒng)的數(shù)字表示。數(shù)字雙胞胎背后的技術(shù)已經(jīng)擴展到包括建筑、工廠甚至城市等大型項目，一些人甚至說人體也可以擁有數(shù)字雙胞胎技術(shù)，這也進一步擴展了該概念的應(yīng)用范圍。數(shù)字雙胞胎的想法最早出現(xiàn)在美國宇航局：早期太空艙的全尺寸模型，用于地面鏡像和診斷軌道上的問題，并最終被全數(shù)字模擬所取代。

在Gartner將數(shù)字雙胞胎列為2017年十大戰(zhàn)略技術(shù)趨勢之后，這個術(shù)語才真正開始流行起來，并稱“在三到五年內(nèi)，數(shù)十億的東西將由數(shù)字雙胞胎來代表，它是物理對象或系統(tǒng)的動態(tài)軟件模型”。 一年后，Gartner再次將數(shù)字雙胞胎列為最佳趨勢，并表示“到2020年，估計有210億個傳感器和端點連接在一起，并且在不久的將來，數(shù)字雙胞胎將存在于數(shù)十億個事物中?！?/p>

從本質(zhì)上講，數(shù)字雙胞胎是一個計算機程序，它將有關(guān)物理對象或系統(tǒng)的真實數(shù)據(jù)作為輸入，并生成輸出預(yù)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)字雙胞胎是如何工作的？

數(shù)字雙胞胎由專家構(gòu)建，這些專家通常是數(shù)據(jù)科學或應(yīng)用數(shù)學方面的專家。這些開發(fā)人員研究被模擬的物理對象或系統(tǒng)背后的基礎(chǔ)物理，并使用這些數(shù)據(jù)開發(fā)一個數(shù)學模型來模擬數(shù)字空間中的真實世界。

對雙胞胎的構(gòu)建使得它能夠接收來自傳感器的輸入，這些傳感器收集來自現(xiàn)實世界中對應(yīng)物的數(shù)據(jù)。這使得雙胞胎能夠?qū)崟r模擬物理對象，并在這個過程中提供對性能和潛在問題的洞察力。數(shù)字雙胞胎也可以基于其物理對應(yīng)物的原型進行設(shè)計，在這種情況下，數(shù)字雙胞胎可以隨著產(chǎn)品的改進不斷提供反饋。在構(gòu)建任何物理版本之前，雙胞胎甚至可以作為原型。

在一篇文章中，Eniram詳細介紹了這一過程。該公司創(chuàng)建了大型集裝箱船的數(shù)字雙胞胎——這是一種極其復雜的數(shù)字雙胞胎應(yīng)用。然而，數(shù)字雙胞胎可以很復雜，也可以很簡單，并且你用來構(gòu)建和更新它的數(shù)據(jù)量將決定你模擬物理對象的精確程度。

數(shù)字雙胞胎用例

飛機發(fā)動機、火車、海上平臺和渦輪機等物體可以在實際生產(chǎn)前進行數(shù)字化設(shè)計和測試。這些數(shù)字雙胞胎也可以用來幫助維護操作，例如，在準備修復物理設(shè)備之前，技術(shù)人員可以使用數(shù)字雙胞胎來測試設(shè)備的建議修正工作。

數(shù)字雙胞胎應(yīng)用存在于多個領(lǐng)域：

▲制造業(yè)可能是數(shù)字雙胞胎推廣最深入的領(lǐng)域，工廠已經(jīng)在使用數(shù)字雙胞胎來模擬他們的流程。

▲汽車數(shù)字雙胞胎之所以成為可能，是因為汽車已經(jīng)安裝了遙測傳感器，但是隨著更多自動駕駛汽車上路，完善這項技術(shù)將變得更加重要。

▲醫(yī)療保健是產(chǎn)生我們上面提到的人體數(shù)字雙胞胎的機構(gòu)。創(chuàng)可貼大小的傳感器將健康信息發(fā)送回用于監(jiān)測和預(yù)測患者健康狀況的數(shù)字雙胞胎。

數(shù)字雙胞胎和物聯(lián)網(wǎng)

很顯然，物聯(lián)網(wǎng)傳感器的爆發(fā)是使數(shù)字雙胞胎成為可能的部分原因。隨著物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的完善，數(shù)字雙胞胎場景可以包括更小、更簡單的對象，從而為公司帶來額外好處。

數(shù)字雙胞胎可以根據(jù)可變數(shù)據(jù)來預(yù)測不同的結(jié)果。這類似于科幻電影中常見的模擬運行場景，其中可能的場景已經(jīng)在數(shù)字環(huán)境中得到證實。通過額外的軟件和數(shù)據(jù)分析，數(shù)字雙胞胎通常可以優(yōu)化物聯(lián)網(wǎng)部署以實現(xiàn)最大效率，并幫助設(shè)計人員在物理部署之前確定應(yīng)該采取的措施或運營方式。

數(shù)字雙胞胎越能復制物理對象，就越有可能發(fā)現(xiàn)效率和其他好處。例如，在制造過程中，儀表化的設(shè)備越多，數(shù)字雙胞胎就能越精確地模擬設(shè)備隨時間的運行情況，這有助于預(yù)測未來的性能和可能出現(xiàn)的故障。

數(shù)字雙胞胎供應(yīng)商

建立數(shù)字雙胞胎系統(tǒng)是復雜的，目前還沒有標準化的平臺可以使用。伊恩·斯克里特（Ian Skerrett）是該領(lǐng)域的顧問，他在開源領(lǐng)域有著多年的經(jīng)驗，他提出了一個數(shù)字雙胞胎平臺的概要，盡管這是第一步，但也非常適合目前的萌芽階段。

與許多新興技術(shù)相比，商業(yè)數(shù)字雙胞胎應(yīng)用實際上來自該領(lǐng)域的一些最大公司。例如，作為噴氣發(fā)動機制造流程的一部分，通用電氣在內(nèi)部開發(fā)了數(shù)字雙胞胎技術(shù)，現(xiàn)在正在向客戶提供專業(yè)知識，另一家大力參與制造的工業(yè)巨頭西門子也是如此。為了不被這些工廠供應(yīng)商超越，作為物聯(lián)網(wǎng)推動的一部分，IBM正在營銷數(shù)字雙胞胎技術(shù)，而微軟則正在Azure 下提供自己的數(shù)字雙胞胎平臺。

數(shù)字雙胞胎與預(yù)測雙胞胎

在2017年11月《網(wǎng)絡(luò)世界》的一篇文章中，撰稿人Deepak Puri列舉了一個甲骨文數(shù)字雙胞胎工具的例子，該工具為用戶提供了兩種選擇——數(shù)字雙胞胎和預(yù)測性雙胞胎。

數(shù)字雙胞胎“可以包括設(shè)備的描述、3D渲染和設(shè)備中所有傳感器的細節(jié)。它不斷生成模擬現(xiàn)實生活選項的傳感器讀數(shù)。”

Deepak Puri寫道，預(yù)測性雙胞胎“模擬了設(shè)備的未來狀態(tài)和行為”。“這是基于來自其他設(shè)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。”

作為其數(shù)字雙胞胎計劃的一部分，微軟正在將這一概念應(yīng)用于物理產(chǎn)品之外的流程。在一份白皮書中，微軟提出了數(shù)字流程雙胞胎的概念：

微軟表示：“數(shù)字流程雙胞胎是數(shù)字化轉(zhuǎn)型的下一個階段，它將產(chǎn)品數(shù)字雙胞胎的優(yōu)勢整合到整個工廠和供應(yīng)鏈中”。相關(guān)白皮書強調(diào)了產(chǎn)品數(shù)字雙胞胎不支持一些高級場景，而流程數(shù)字雙胞胎則支持。

數(shù)字雙胞胎的好處

數(shù)字雙胞胎可以實時查看實物資產(chǎn)的情況，這可以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)字雙胞胎技術(shù)，預(yù)計將節(jié)省數(shù)百萬美元的維護成本。西門子表示，使用數(shù)字雙胞胎來模擬和原型化尚未制造的物體，可以減少產(chǎn)品缺陷，縮短上市時間。

但請記住，Gartner警告說，數(shù)字雙胞胎并不總是需要的，并且會不必要地增加復雜性。 “數(shù)字雙胞胎可能是對特定業(yè)務(wù)問題的技術(shù)過度放大，而且還有成本、安全性、隱私和集成方面的擔憂”。

數(shù)字雙胞胎技能

有興趣成為數(shù)字雙胞胎專家嗎？這些技能要求很高，需要機器學習、人工智能、預(yù)測性分析和其他數(shù)據(jù)科學能力方面的專業(yè)知識。這就是大公司在這個領(lǐng)域勝出的部分原因：小公司可能會發(fā)現(xiàn)雇傭顧問團隊比提升內(nèi)部員工更合理。