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)人員可以在構建和部署實際設備之前使用它們來運行模擬。它們還改變了物聯(lián)網、人工智能和預測分析等技術的優(yōu)化方式。

數(shù)字雙胞胎技術已經超越了制造業(yè)，并進入了物聯(lián)網、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已經擴展到包括建筑、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，這也進一步擴展了該概念的應用范圍。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)略技術趨勢之后，這個術語才真正開始流行起來，并稱“在三到五年內，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。”

從本質上講，數(shù)字雙胞胎是一個計算機程序，它將有關物理對象或系統(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)字雙胞胎由專家構建，這些專家通常是數(shù)據(jù)科學或應用數(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)實世界中對應物的數(shù)據(jù)。這使得雙胞胎能夠實時模擬物理對象，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物的原型進行設計，在這種情況下，數(shù)字雙胞胎可以隨著產品的改進不斷提供反饋。在構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前進行數(shù)字化設計和測試。這些數(shù)字雙胞胎也可以用來幫助維護操作，例如，在準備修復物理設備之前，技術人員可以使用數(shù)字雙胞胎來測試設備的建議修正工作。

數(shù)字雙胞胎應用存在于多個領域：

▲制造業(yè)可能是數(shù)字雙胞胎推廣最深入的領域，工廠已經在使用數(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，完善這項技術將變得更加重要。

▲醫(yī)療保健是產生我們上面提到的人體數(shù)字雙胞胎的機構。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

很顯然，物聯(lián)網傳感器的爆發(fā)是使數(shù)字雙胞胎成為可能的部分原因。隨著物聯(lián)網設備的完善，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)來預測不同的結果。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)網部署以實現(xiàn)最大效率，并幫助設計人員在物理部署之前確定應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，儀表化的設備越多，數(shù)字雙胞胎就能越精確地模擬設備隨時間的運行情況，這有助于預測未來的性能和可能出現(xiàn)的故障。

數(shù)字雙胞胎供應商

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）是該領域的顧問，他在開源領域有著多年的經驗，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。

與許多新興技術相比，商業(yè)數(shù)字雙胞胎應用實際上來自該領域的一些最大公司。例如，作為噴氣發(fā)動機制造流程的一部分，通用電氣在內部開發(fā)了數(shù)字雙胞胎技術，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商超越，作為物聯(lián)網推動的一部分，IBM正在營銷數(shù)字雙胞胎技術，而微軟則正在Azure 下提供自己的數(shù)字雙胞胎平臺。

數(shù)字雙胞胎與預測雙胞胎

在2017年11月《網絡世界》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)字雙胞胎和預測性雙胞胎。

數(shù)字雙胞胎“可以包括設備的描述、3D渲染和設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，預測性雙胞胎“模擬了設備的未來狀態(tài)和行為”。“這是基于來自其他設備的歷史數(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用于物理產品之外的流程。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)字化轉型的下一個階段，它將產品數(shù)字雙胞胎的優(yōu)勢整合到整個工廠和供應鏈中”。相關白皮書強調了產品數(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，預計將節(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)務問題的技術過度放大，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部員工更合理。

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