目前,數字孿生技術不只運用在制造業,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。伴隨著更繁雜的“事物”與生成數據的能力聯系在一起,擁有數字等同物使數據科學家和其他IT行業人員,能夠以最高的效率優化布署虛擬場景。
1、到底什么是數字孿生?
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、多概率的模擬仿真全過程,在虛擬空間中實現映射,進而反映相對應的實體設備的生命周期全過程。
數字孿生技術早已拓展到包括建筑物,工廠甚至于城市等大型項目,有人認為流程能夠擁有數字孿生,進而更進一步拓展了這個概念。這個想法最先出現在NASA:早期太空艙的詳細模型在地面上用于鏡像和診斷軌道中的問題,最終被全數字模擬所代替。
但在Gartner將“數字孿生”列入2017年十大戰略性技術趨勢之一后,這個詞才真正流行起來。Gartner表示,數字孿生是物理事物或系統的動態性軟件模型,它依賴于傳感器數據。
三到五年內,數以億計的物件將由數字孿生展現。一年后,Gartner再次將數字孿生列入主要趨勢,并預計,到今年,將要有210億個連接的傳感器和終端,數字孿生將在不久的將來存在于數十億個事物中。”
其本質上,數字孿生是一種計算機程序,它將有關于物理對象或系統的真實數據做為輸入,并將生成的數據做為輸出,預測或模擬物理對象或系統將怎樣受到這些輸入的影響。
2、數字孿生怎樣工作?
數字孿生的產生是由專家(通常是數據科學或應用數學專家)構建的。這些開發人員探究了被模擬的物理對象或系統基礎的物理學,并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。
數字孿生的結構使其能夠接收來自于傳感器的輸入,這些傳感器從真實世界的數據。這使數字孿生能夠實時地模擬仿真物理對象,在這個過程中能夠洞悉性能和潛在的問題。數字孿生也能夠根據其物理對應物的原型進行設計,在這種情況下,數字孿生能夠在產品精制時提供反饋。在構建任何物理版本之前,數字孿生甚至能夠自己做為原型。
3、數字孿生范例
這里有兩個數字孿生的實例——汽車和貨船——讓您了解潛在性的應用。飛機引擎、火車、輪船和渦輪機等物體,能夠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以協助維護操作。比如說,技術人員能夠在應用物理孿生之前,運用數字孿生胎對某件設施設備的建議修復展開測試。
數字孿生業務應用程序存在于多個領域:
1)制造業是數字孿生布署最廣泛的領域,加工廠已經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變成可能,是由于汽車已經裝配有遙測傳感器,但是伴隨著越來越多的無人駕駛汽車上路,健全完善技術將變得更為重要。
3)保健醫療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輸回數字孿生,用以監測和預測患者的健康狀況。
4、數字孿生和物聯網
很顯然,物聯網傳感器的爆發式增長使數字孿生變成可能。伴隨著物聯網設備的健全完善,數字孿生方案能夠包含較小和較不復雜的對象,這給企業帶來了額外的好處。
數字孿生可用以根據可變數據預測不同的結果。這類似于科幻片中經常會出現的運轉模擬場景,其中在數字環境中證實了可能的場景。借助于額外的軟件和大數據分析,數字孿生通常能夠優化IoT布署以實現最高的效率,并協助設計人員在實際布署之前明確應當去的地方或操作方法。
數字孿生能夠復制物理對象的次數越多,發現效率和其它好處的可能性就越大。比如說,在制造過程中,儀器越高的設備越多,數字孿生可能會更精確地模擬設施設備隨時間的運轉情況,進而有利于預測未來的性能和可能的故障。
5、數字孿生供應商
創建數字孿生十分復雜,現階段還沒有標準化的平臺。從事該領域工作的IanSkerrett,其背后有著悠久的開放源代碼歷史,他提出了一個數字孿生平臺的構架,這只不過是第一步,因為這個領域還處在萌芽階段。
與很多新興技術相比,商業數字孿生產品實際上來自于該領域的一些大型公司。比如說,通用電氣(GE)在內部研發了數字孿生技術,做為噴氣發動機制造過程的一部分,現在向客戶提供專業知識。
另一家大規模與制造的工業巨頭西門子(Siemens)也是這般。為了能不被這些工廠供應商超越,IBM正在營銷“數字孿生”,做為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”能夠包含設備說明,3D渲染以及設施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。”
Puri寫道,可預測孿生“為設施設備的未來狀況和行為建模”。“這是基于來自其它設施設備的歷史數據,這些數據能夠模擬故障和其它需要注意的狀況。”
做為其數字孿生計劃的一部分,Microsoft正在運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提出了數字處理孿生的想法:
微軟表示:“流程清單是數字化轉型的下個階段,使整個工廠和供應鏈中的產品數字孿生獲益更多。”相關的白皮書重點強調了一些先進的制造場景。
7、數字孿生的好處
數字孿生能夠實時查看物理資產的狀況,進而從源頭上減輕維護壓力。雪佛龍公司正在為其油田和煉油廠發布數字孿生技術,預計將節約數百萬美元的維護費用。西門子表示,使用數字孿生對尚未制造的物體進行建模和原型設計,能夠減少產品缺陷并縮短產品上市時間。
但請記住,Gartner警告稱,“數字孿生并非剛需,可能會增加復雜性。”對于特定的商業問題來說 ,數字孿生可能存在成本、安全性、隱私和集成等方面的問題。”