50年前，美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）將其太空艙的全尺寸模型放在手邊，以幫助診斷太空中真實(shí)太空艙的問(wèn)題，并幫助找到解決問(wèn)題的方法。

    這與數(shù)字孿生的想法非常相似。然而，數(shù)字孿生模型不是建立太空艙或任何其他物理實(shí)體的物理模型，而是對(duì)物理實(shí)體進(jìn)行精確的數(shù)字模擬。

    在工業(yè)4.0和智能制造浪潮下，數(shù)字孿生（Digital Twin）與物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的結(jié)合正成為數(shù)字化轉(zhuǎn)型的核心驅(qū)動(dòng)力。數(shù)字孿生通過(guò)創(chuàng)建物理實(shí)體的虛擬映射，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與分析，使企業(yè)能夠更精準(zhǔn)地監(jiān)測(cè)、預(yù)測(cè)和優(yōu)化運(yùn)營(yíng)。本文將深入探討如何利用數(shù)字孿生技術(shù)推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)更智能的決策與更高效的業(yè)務(wù)管理。

數(shù)字孿生的功能

    在許多方面，數(shù)字孿生與虛擬機(jī)相似，因?yàn)樗且粋€(gè)數(shù)字實(shí)體，旨在模仿物理對(duì)象的工作方式。但是，虛擬機(jī)是被設(shè)計(jì)用來(lái)替代真實(shí)的物理計(jì)算機(jī)的。相比之下，數(shù)字孿生被設(shè)計(jì)用來(lái)測(cè)試和實(shí)驗(yàn)，但最終目的是將從數(shù)字孿生中獲得的任何見(jiàn)解用于其物理對(duì)象。

    一個(gè)很好的例子是使用汽車(chē)的數(shù)字孿生和數(shù)字碰撞測(cè)試假人。汽車(chē)設(shè)計(jì)師可以在許多不同的碰撞場(chǎng)景中運(yùn)行汽車(chē)和一個(gè)或多個(gè)假人的數(shù)字孿生，并使用這些碰撞數(shù)據(jù)，最終目的是改善真實(shí)汽車(chē)的安全性。

數(shù)字孿生和物聯(lián)網(wǎng)

    物聯(lián)網(wǎng)的核心在于連接設(shè)備、采集數(shù)據(jù)并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，而數(shù)字孿生則進(jìn)一步提升了物聯(lián)網(wǎng)的智能化水平：

1. 實(shí)時(shí)仿真與動(dòng)態(tài)優(yōu)化
   • 物聯(lián)網(wǎng)傳感器采集設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)（如溫度、振動(dòng)、能耗等），數(shù)字孿生則構(gòu)建對(duì)應(yīng)的虛擬模型，實(shí)時(shí)模擬物理世界的狀態(tài)。
   • 例如，在智能制造中，數(shù)字孿生可以模擬生產(chǎn)線運(yùn)行，預(yù)測(cè)設(shè)備故障或優(yōu)化生產(chǎn)排程。
2. 預(yù)測(cè)性維護(hù)與智能決策
   • 結(jié)合AI算法，數(shù)字孿生能分析歷史數(shù)據(jù)與實(shí)時(shí)IoT數(shù)據(jù)，提前發(fā)現(xiàn)潛在故障，減少非計(jì)劃停機(jī)。
   • 例如，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的數(shù)字孿生可預(yù)測(cè)葉片磨損，優(yōu)化維護(hù)周期，降低運(yùn)維成本。
3. 遠(yuǎn)程監(jiān)控與虛擬調(diào)試
   • 通過(guò)數(shù)字孿生，工程師可以在虛擬環(huán)境中測(cè)試設(shè)備參數(shù)調(diào)整，再同步到物理設(shè)備，減少現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試風(fēng)險(xiǎn)。
   • 例如，智慧城市的交通管理系統(tǒng)可利用數(shù)字孿生優(yōu)化信號(hào)燈配時(shí)，提升道路通行效率。

    創(chuàng)建太空艙、汽車(chē)碰撞測(cè)試的數(shù)字孿生是一項(xiàng)極其復(fù)雜的工作，涉及研究這些項(xiàng)目的物理特性，然后開(kāi)發(fā)一個(gè)精確的數(shù)學(xué)模型來(lái)描述它們及其行為。

    但對(duì)物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)人員來(lái)說(shuō)，好消息是，所討論的“事物”通常是相對(duì)簡(jiǎn)單的傳感器，與太空艙或汽車(chē)這樣復(fù)雜的東西相比，這些傳感器的數(shù)學(xué)建模要簡(jiǎn)單多了。

    這意味著創(chuàng)建多種類(lèi)型物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的數(shù)字孿生相對(duì)簡(jiǎn)單、快速，而且至關(guān)重要的是，成本低廉。

    許多物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境由大量簡(jiǎn)單的相同設(shè)備組成的，例如貨柜中的溫度或濕度傳感器，或車(chē)輛中的 GPS 單元。這意味著一旦創(chuàng)建了設(shè)備的數(shù)字孿生，并向它們提供數(shù)據(jù)，就可以創(chuàng)建大量這些設(shè)備協(xié)同工作的模擬。這可以是“人造”數(shù)據(jù)，也可以是現(xiàn)有物理設(shè)備接收到的數(shù)據(jù)。

    正如我們將看到的，這對(duì)大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)部署和管理的影響是巨大的。

原型設(shè)計(jì)

    在物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目的開(kāi)始，數(shù)字孿生可以用作設(shè)備原型，以幫助微調(diào)設(shè)備本身及其固件、加密系統(tǒng)和其他軟件的精確設(shè)計(jì)。

    一旦該過(guò)程完成，可以使用數(shù)字孿生來(lái)幫助優(yōu)化設(shè)備的部署，方法是測(cè)試實(shí)際需要多少設(shè)備，它們應(yīng)該放置在哪里，以及它們應(yīng)該如何通過(guò)各種網(wǎng)絡(luò)連接到數(shù)據(jù)收集中心。

測(cè)試更新和更改

    一旦部署了大量設(shè)備，數(shù)字孿生也可用于測(cè)試固件和其他軟件補(bǔ)丁以及更新，然后再通過(guò)無(wú)線方式將它們發(fā)送給物理對(duì)應(yīng)方。當(dāng)對(duì)設(shè)備相互交互的方式進(jìn)行更改時(shí)，這可能特別有用，因?yàn)榇笠?guī)模模擬允許開(kāi)發(fā)人員在大規(guī)模部署補(bǔ)丁和更新之前查看結(jié)果。

數(shù)字孿生的價(jià)值

    數(shù)字孿生特別適合物聯(lián)網(wǎng)部署，因?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單，而且數(shù)字孿生可以以很少或沒(méi)有成本進(jìn)行復(fù)制。認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)，Gartner預(yù)測(cè)，在不久的將來(lái)，數(shù)字孿生將為“數(shù)十億事物”而存在。

    Gartner 副總裁 David Cearley 表示，數(shù)字孿生對(duì)部署物聯(lián)網(wǎng)的組織帶來(lái)的好處是驚人的。他總結(jié)道:“在維護(hù)、維修和運(yùn)營(yíng)以及優(yōu)化物聯(lián)網(wǎng)資產(chǎn)性能方面，可以帶來(lái)數(shù)十億美元的節(jié)省”。

責(zé)任編輯：趙寧寧    來(lái)源： 物聯(lián)之家網(wǎng)

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