Digital Twin——IoT的下一個浪潮

 

當前的商業格局受到了衆多新技術的影響，有時確實讓人很難能跟上技術迭新的速度。雖然不少人都熟悉工業4.0和物聯網（IoT）這兩個詞，這裏麪包含了太多的技術內容以及商業應用上的含義，而Digital Twin則是另外一個正在穩步升起的下一波接力詞彙。

事實上，不少人都認爲Digital Twin是物聯網的天然演進。畢竟，若是全部內容都已經以某種數字形式或其餘形式被鏈接起來，爲何不讓它「瓜熟蒂落」地進入下一個進程呢？

從本質上講，這是Digital Twin架構和技術背後的主要驅動力——在數字環境中徹底複製物理世界，爲公司提供新的自由、機會和優點。

什麼是Digital Twin？

Digital Twin概念由密歇根大學的Michael Grieves首次提出，自2001年以來一直存在，但近年來，現代技術的不斷快速迭代，才爲其實現與普及提供了可能性。

簡而言之，Digital Twin指的是物理產品或資產的虛擬副本。此副本實時更新（或儘量按期更新），以儘量地匹配其真實世界。

而後，該模型可用於各類目的，從測試新策略到分析之前的結果，都是能夠實現的。

那麼，這個模型是如何工做的呢？一般，傳感器和其餘組件用於收集有關資產的準確數據。而後處理該數據並用於建立副本。毋庸置疑，更先進的傳感器，不管是更精確的設備仍是更密集，更緊湊的陣列，都將有助於建立更加詳細的數字模型。

Digital Twin建模的好處是什麼？

對物理產品和資產進行試驗多是一個臨時且昂貴的過程。可是，能夠快速編輯數字副本以測試新的解決方案並運行Demo。若是實驗不符合要求，則不會浪費任何物理資源。

Digital Twin的另外一個好處是，容許專家們能夠在不與物理設備接觸的狀況下進行項目的開發與處理

NASA就是一個很好的例子，NASA長期以來一直是這項技術的先驅——即便在虛擬模擬以前，工程師也會建立1:1比例的發射設備複製模型。Digital Twin容許工程師處理已經在太空中而且徹底沒法訪問的設備，而沒有物理複製帶來的麻煩和困難。在管理員對物理實體進行更改以前，能夠運用這一模型進行詳細計劃更新和更改，並在現場進行測試。

美國宇航局國家先進製造中心製造專家兼經理 John Vickers表示：「Digital Twin的最終願景是在虛擬環境中建立、測試和構建咱們的設備。只有當咱們把它帶到咱們要求的地方時，咱們才能實際製造它。而後，咱們但願物理構建經過傳感器與Digital Twin鏈接，以便Digital Twin包含咱們經過檢查物理構建能夠得到的全部信息。」

一樣，對於但願或須要對現有產品或設備進行更改的公司，Digital Twin可幫助將停機時間降至最低。例如，在一條生產線中，無效的連接可能會限制整個鏈條的最佳效率，可是根本沒法將其徹底刪除以進行審覈/評估，由於這會關閉它所屬的整個流程。可是，虛擬副本能夠在不產生這些成本的狀況下進行測試和改進。

Digital Twin和物聯網

那麼爲何咱們認爲Digital Twin是「物聯網的下一個浪潮」呢？這是由於前者在傳感器和輸入數據上已取得了不錯的發展，然後者正在愈來愈多地將這些已有的成果更好地爲咱們所用。

經過更多互連的設備和應用程序，咱們能夠更輕鬆地連接數據並更好地瞭解更爲詳細的狀況。所以，Digital Twin是一種收集和組合這些數據的高級方法。

事實上，這是一場已經在進行中的革命。據Gartner稱，預計到明年（2020年），75％與物聯網整合的企業將使用 - 或計劃開始使用 - 某種形式的Digital Twin技術。據估計，13％的公司已經在使用此類解決方案，另有62％的公司已經採用某種形式的Digital Twin。

數字雙用例和行業

對於許多Digital Twin應用程序而言，它們使用的最佳場景與其餘技術一塊兒配合，例如人工智能或機器學習。其餘的一樣也可使用Digital Twin解決方案，做爲工業4.0或物聯網的一部分。

值得注意的是，它不是一種全新的替代解決方案。Digital Twin是用於改進現有流程的，它爲人們提供了一種「虛擬遊樂場」，咱們能夠在模擬環境中嘗試各類方法，而不會影響真實產品。

Digital Twin技術用於各類用途，大多數企業均可以從中獲益。可是，Digital Twin確實對於部分行業有着更爲深遠的意義，這一點值得咱們在此討論。

製造與工程

毫無疑問，建立虛擬副本對製造業和工程行業有着很是重要的意義。Digital Twin在製造業中的做用幾乎不須要介紹。它使公司可以快速有效地測試新設計，不管是小型產品仍是大型複雜設備。在虛擬環境中測試新的供應鏈很容易，而測試物理實體則涉及關閉生產，從而致使企業的損失——只有在必要時以及肯定最佳策略時纔會這麼作。

固然，這種技術能夠作得更多。一個有趣的例子是GE的數字風電場。經過使用其風電場的數字再現，運營商能夠制定優化後的維護策略，並將天氣和其餘因素也都考慮在了優化方案中。因爲維護的優化升級，讓維護人員對各類條件下的設備狀態有了更好評估，設備與判斷的可靠性也隨之增長，有效提升了風電場產生的能量輸出。

因爲這一切都是以數字方式完成的，因此工程師能夠自由地進行實驗和研究，相反若是直接對實際渦輪機進行物理測試，多是須要付出較爲昂貴的代價。而前者的存在，就是確保後者僅在解決方案通過全面測試和評估後纔再去實施。

這些好處也適用於生產過程。工廠可使用虛擬複製品來測試更簡化的解決方案，發現其當前生產能力的極限，以及測試新解決方案的壓力。

汽車

咱們以前提到Digital Twin可使用傳感器記錄任何項目的持續狀態。這種Digital Twin分析具備很大的潛力——尤爲是在汽車領域。隨着汽車與物聯網和數字技術的集成愈來愈多，複製每一個細節的能力變得愈來愈容易。

例如，在任何事件發生後，Digital Twin可使用傳感器記錄建立所發生事件的實時複製。這樣，工程師能夠直接分析每一個確切的問題對車輛的影響，而不只僅是分析後記錄的數據。

然而，Digital Twin在汽車領域的優點要遠遠超過這個。工程師能夠在數字化的情境中測試車輛的安全功能，下降不沒必要要的因安全而須要召回新車輛的風險。

這對於汽車零件製造商們也很重要，由於汽車行業的零部件來自衆多不一樣的公司。Digital Twin容許供應商或生產商的產品在真正被安裝到汽車上以前得到更多數據，測試新解決方案並改進他們的產品。

一樣，在智能汽車方面，Digital Twin也能夠提供很好的幫助。許多智能汽車製造商都是在數字化虛擬環境中進行自動駕駛方面的測試。因爲自動駕駛技術仍在發展階段，製造商能夠將實際測試時得到數據，用Digital Twin不斷地測試和改進他們的解決方案。

衛生保健

醫療保健領域的Digital Twin能夠識別各類醫療領域中涉及的各類設備（一般很是昂貴而且須要擁有較高操做水平的專門人員）的故障或問題。例如，MRI掃描儀等產生了大量的平常日誌和消息，這些日誌和消息能夠輸入Digital Twin以查看其當前狀態，以及項目新出現的問題。有了這個，工程師能夠提早設計預測問題的解決方案，避免關鍵時刻的突發問題，保持這些設備的良好維護。

在更我的的層面上，醫療設備也能夠擴展到雲，其中來自傳感器的數據能夠當即與患者的病史以及外部數據（例如人口統計數據）相關聯。由此，還能夠運行機器學習分析——這在初始醫療設備上是不可能實現的——儘量多地獲取信息以提供更高的洞察與分析能力，而全部這些都由每一個虛擬副本爲患者提供支持（至少從醫學數據的角度來看）。

對於醫院和醫療設施而言，Digital Twin可用於壓力測試操做，模擬在大規模緊急狀況下醫院應該如何進行最佳操做。從醫生及工做人員的調配、病牀和診室的進出等，以達到在大規模緊急狀況下能夠更好地幫助患者。

一樣，在醫療保健產品中應用Digital Twin也可用於幫助醫生爲個體提供定製護理。有了足夠的信息，Digital Twin能夠提出更私人的解決方案，將每一個人不一樣的身體狀態和數據囊括其中。

事實上，已經有不少人都指望將來能在醫療保健行業中從這個技術上獲益。隨着醫療領域的進步和更精確的傳感器（如基因組讀取）變得愈來愈廣泛，實際上將全部這些結合起來的能力將爲整個行業開闢新的可能性。

零售

從產品製造週期的一開始到商店的戰略性展現，零售領域就是數據蓬勃發展的領域。所以，有理由認爲，在零售業務中使用Digital Twin能夠帶來不少好處。

在產品層面，公司可使用Digital Twin模擬從產品生產一直店內展現的全流程。在這裏，公司能夠分析製造流程、供應鏈和物流、測試新的簡化解決方案等等，能夠有效下降成本（從而提升利潤率）。

想測試新包裝或設計是否能夠下降費用？Digital Twin讓您無需對整個產品系列進行大規模物理更改便可對其進行測試。

在更普遍的業務層面，零售商店可使用Digital Twin技術模擬他們的商店狀況，並使用傳感器跟蹤客戶行爲。而後，能夠將此信息存儲在Digital Twin上，以研究關鍵產品的最佳位置。而後能夠建議並以數字方式測試產品和佈局更改。

亞馬遜已經在作相似的事情，使用分析數據來肯定其倉庫的最佳佈局，最須要的項目存儲在最易於訪問的位置。Digital Twin提供了一種測試此類自動化的好方法，確保提出的解決方案不會產生沒法預料的後果，例如直接訪問通道或路由交叉並致使延遲等問題。

如何實現Digital Twin

從技術角度來看，Digital Twin技術正變得愈來愈容易得到。雲技術提供了一種在不須要配備昂貴服務器的狀況下處理和運行應用的方法。

若是您的公司一直在採用大數據，物聯網集成或工業4.0解決方案，那麼您可能已經開始使用Digital Twin架構了。這些技術趨勢都涉及使用傳感器和其餘數據收集手段進行分析和評估。在某些狀況下，您可能已經有足夠的資源來建立原型或工做模型。

Digital Twin的商業文化

話雖這麼說，實施Digital Twin也須要強大的數字文化。當企業已經使用傳感器和其餘數據收集技術儘量多地學習時，這些模型才能發揮最大效用。

然而，對任何一家公司而言，使用新技術的相當重要的因素是肯定您想要改進的領域。就像大數據同樣，捕獲全部內容很是容易，但不能保證它徹底有用。應該改進這些解決方案，並將其重點放在最適用的領域。這是爲何最好從小規模開始，將Digital Twin技術應用於最有利的緣由之一。

 

總結

對於許多人來講，Digital Twin已經在這裏——就算沒有被「看見」，它也將在不久的未來出現。若是您不是已經「看見」了Digital Twin的大多數之一，那麼您能夠評估一下業務並肯定虛擬模擬是夠能夠直接改進的該領域。物聯網已經確保了世界能夠得到各類各樣的傳感器和輸入源，那麼爲何不把他有效地利用起來呢？

Digital Twin使公司可以測試新的解決方案，評估之前的事件並預測將來的行爲。它使不一樣的公司可以合做雙贏，並提供低成本、無風險的方式來測試新的產品設計、解決方案和服務。

隨着物聯網對世界愈來愈深的影響，Digital Twin解決方案變得愈來愈可行。這種技術使公司可以自由地評估、測試和改進，而沒必要過多擔憂風險因素。此外，任何現實世界的決策都將經過重要的模擬結果獲得增強，幫助組織作出最佳的選擇。

 

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