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(duì)象的虛擬復(fù)制品，數(shù)據(jù)科學(xué)家和IT專(zhuān)業(yè)人員可以在構(gòu)建和部署實(shí)際設(shè)備之前使用它們來(lái)運(yùn)行模擬。它們還改變了物聯(lián)網(wǎng)、人工智能和預(yù)測(cè)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(jìn)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(fù)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(jià)物使數(shù)據(jù)科學(xué)家和其他IT專(zhuān)業(yè)人員能夠優(yōu)化部署以實(shí)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(duì)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(kuò)展到包括建筑、工廠甚至城市等大型項(xiàng)目，一些人甚至說(shuō)人體也可以擁有數(shù)字雙胞胎技術(shù)，這也進(jìn)一步擴(kuò)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(guó)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(wèn)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(shì)之后，這個(gè)術(shù)語(yǔ)才真正開(kāi)始流行起來(lái)，并稱(chēng)“在三到五年內(nèi)，數(shù)十億的東西將由數(shù)字雙胞胎來(lái)代表，它是物理對(duì)象或系統(tǒng)的動(dòng)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(shì)，并表示“到2020年，估計(jì)有210億個(gè)傳感器和端點(diǎn)連接在一起，并且在不久的將來(lái)，數(shù)字雙胞胎將存在于數(shù)十億個(gè)事物中。”

從本質(zhì)上講，數(shù)字雙胞胎是一個(gè)計(jì)算機(jī)程序，它將有關(guān)物理對(duì)象或系統(tǒng)的真實(shí)數(shù)據(jù)作為輸入，并生成輸出預(yù)測(cè)或模擬物理對(duì)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(zhuān)家構(gòu)建，這些專(zhuān)家通常是數(shù)據(jù)科學(xué)或應(yīng)用數(shù)學(xué)方面的專(zhuān)家。這些開(kāi)發(fā)人員研究被模擬的物理對(duì)象或系統(tǒng)背后的基礎(chǔ)物理，并使用這些數(shù)據(jù)開(kāi)發(fā)一個(gè)數(shù)學(xué)模型來(lái)模擬數(shù)字空間中的真實(shí)世界。

對(duì)雙胞胎的構(gòu)建使得它能夠接收來(lái)自傳感器的輸入，這些傳感器收集來(lái)自現(xiàn)實(shí)世界中對(duì)應(yīng)物的數(shù)據(jù)。這使得雙胞胎能夠?qū)崟r(shí)模擬物理對(duì)象，并在這個(gè)過(guò)程中提供對(duì)性能和潛在問(wèn)題的洞察力。數(shù)字雙胞胎也可以基于其物理對(duì)應(yīng)物的原型進(jìn)行設(shè)計(jì)，在這種情況下，數(shù)字雙胞胎可以隨著產(chǎn)品的改進(jìn)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(xì)介紹了這一過(guò)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(fù)雜的數(shù)字雙胞胎應(yīng)用。然而，數(shù)字雙胞胎可以很復(fù)雜，也可以很簡(jiǎn)單，并且你用來(lái)構(gòu)建和更新它的數(shù)據(jù)量將決定你模擬物理對(duì)象的精確程度。

數(shù)字雙胞胎用例

飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)、火車(chē)、海上平臺(tái)和渦輪機(jī)等物體可以在實(shí)際生產(chǎn)前進(jìn)行數(shù)字化設(shè)計(jì)和測(cè)試。這些數(shù)字雙胞胎也可以用來(lái)幫助維護(hù)操作，例如，在準(zhǔn)備修復(fù)物理設(shè)備之前，技術(shù)人員可以使用數(shù)字雙胞胎來(lái)測(cè)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(gè)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(lái)模擬他們的流程。

▲汽車(chē)數(shù)字雙胞胎之所以成為可能，是因?yàn)槠?chē)已經(jīng)安裝了遙測(cè)傳感器，但是隨著更多自動(dòng)駕駛汽車(chē)上路，完善這項(xiàng)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(jī)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(cè)和預(yù)測(cè)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(chǎng)景可以包括更小、更簡(jiǎn)單的對(duì)象，從而為公司帶來(lái)額外好處。

數(shù)字雙胞胎可以根據(jù)可變數(shù)據(jù)來(lái)預(yù)測(cè)不同的結(jié)果。這類(lèi)似于科幻電影中常見(jiàn)的模擬運(yùn)行場(chǎng)景，其中可能的場(chǎng)景已經(jīng)在數(shù)字環(huán)境中得到證實(shí)。通過(guò)額外的軟件和數(shù)據(jù)分析，數(shù)字雙胞胎通?？梢詢?yōu)化物聯(lián)網(wǎng)部署以實(shí)現(xiàn)最大效率，并幫助設(shè)計(jì)人員在物理部署之前確定應(yīng)該采取的措施或運(yùn)營(yíng)方式。

數(shù)字雙胞胎越能復(fù)制物理對(duì)象，就越有可能發(fā)現(xiàn)效率和其他好處。例如，在制造過(guò)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(shí)間的運(yùn)行情況，這有助于預(yù)測(cè)未來(lái)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(fù)雜的，目前還沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)化的平臺(tái)可以使用。伊恩·斯克里特（Ian Skerrett）是該領(lǐng)域的顧問(wèn)，他在開(kāi)源領(lǐng)域有著多年的經(jīng)驗(yàn)，他提出了一個(gè)數(shù)字雙胞胎平臺(tái)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(shí)際上來(lái)自該領(lǐng)域的一些最大公司。例如，作為噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)制造流程的一部分，通用電氣在內(nèi)部開(kāi)發(fā)了數(shù)字雙胞胎技術(shù)，現(xiàn)在正在向客戶提供專(zhuān)業(yè)知識(shí)，另一家大力參與制造的工業(yè)巨頭西門(mén)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(dòng)的一部分，IBM正在營(yíng)銷(xiāo)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(tái)。

數(shù)字雙胞胎與預(yù)測(cè)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(gè)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(cè)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(xì)節(jié)。它不斷生成模擬現(xiàn)實(shí)生活選項(xiàng)的傳感器讀數(shù)?！?/p>

Deepak Puri寫(xiě)道，預(yù)測(cè)性雙胞胎“模擬了設(shè)備的未來(lái)狀態(tài)和行為”。“這是基于來(lái)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?！?/p>

作為其數(shù)字雙胞胎計(jì)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(shū)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(gè)階段，它將產(chǎn)品數(shù)字雙胞胎的優(yōu)勢(shì)整合到整個(gè)工廠和供應(yīng)鏈中”。相關(guān)白皮書(shū)強(qiáng)調(diào)了產(chǎn)品數(shù)字雙胞胎不支持一些高級(jí)場(chǎng)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(shí)時(shí)查看實(shí)物資產(chǎn)的情況，這可以從根本上減輕維護(hù)負(fù)擔(dān)。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(jì)將節(jié)省數(shù)百萬(wàn)美元的維護(hù)成本。西門(mén)子表示，使用數(shù)字雙胞胎來(lái)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(shí)間。

但請(qǐng)記住，Gartner警告說(shuō)，數(shù)字雙胞胎并不總是需要的，并且會(huì)不必要地增加復(fù)雜性。 “數(shù)字雙胞胎可能是對(duì)特定業(yè)務(wù)問(wèn)題的技術(shù)過(guò)度放大，而且還有成本、安全性、隱私和集成方面的擔(dān)憂”。

數(shù)字雙胞胎技能

有興趣成為數(shù)字雙胞胎專(zhuān)家嗎？這些技能要求很高，需要機(jī)器學(xué)習(xí)、人工智能、預(yù)測(cè)性分析和其他數(shù)據(jù)科學(xué)能力方面的專(zhuān)業(yè)知識(shí)。這就是大公司在這個(gè)領(lǐng)域勝出的部分原因：小公司可能會(huì)發(fā)現(xiàn)雇傭顧問(wèn)團(tuán)隊(duì)比提升內(nèi)部員工更合理。