數字雙
內容
數字雙胞胎是如何工作的?
-數字雙胞胎的概念架構
-數字雙胞胎的好處
-數字雙胞胎技術的曆史
-數字雙胞胎的應用
一個數字雙是跨越生命周期的物理對象、地點、過程、產品或服務的精確數字副本或虛擬表示。它使用實時數據和其他來源來實現對係統的監視，在問題發生之前預防問題，開發新的管理策略、機會，並改進決策。
數字雙胞胎由三個部分組成:物理實體、虛擬模型和在它們之間來回共享的連接數據。特別是傳感器技術和無線網絡的發展，推動了該技術的應用物聯網(IoT)，並為數字雙胞胎技術的實際應用做出了貢獻。
數字雙胞胎是如何工作的?
在創造數字雙胞胎時，一個物體——例如，一個噴氣發動機——要配備與關鍵功能領域相關的傳感器。這些傳感器產生有關發動機性能不同方麵的數據，如進油量、推力、溫度、空氣質量流量等。然後，這些數據通過適當的軟件應用程序傳輸到計算機，以創建和管理數字副本。
一旦從連接的傳感器獲得這些數據，結合其他來源的信息，虛擬模型就可以用於運行模擬，研究性能問題，並產生可能的改進。這使得數字雙胞胎成為一種寶貴的工具，不僅可以幫助工程師、運營商和規劃者了解物理對象、係統或服務的運行情況，還可以了解它們在未來的運行情況。這些見解可以應用到原始的物理對象上進行微調、重新設計、升級等。
換句話說，數字雙胞胎使學習和發現新的知識，新的假設的產生和檢驗，以及通過計算機建模或計算機模擬進行實驗和比較成為可能。
數字雙胞胎超越了傳統的模型和模擬，通過動態連接物理世界和數字世界，並利用現代技術，如智能傳感器技術,大數據分析,人工智能(AI)，以檢測和預防係統故障，提高係統性能，並探索創新機會。由於集成了人工智能和高級分析技術，預測物理對象或過程將如何執行的能力逐漸提高了準確性。這種能力導致預測結果作為信息反饋的一部分共享給原始物理實體。
數字雙胞胎的最終目標是在虛擬空間中迭代建模、測試和優化一個物理對象，直到該模型滿足預期性能，然後準備在物理世界中構建或增強(如果已經構建)。
數字雙胞胎的概念架構
如上所述，數字雙胞胎的概念架構最好理解為六個步驟:
1.流程:物理進程配備了傳感器，用來測量進程本身及其環境的輸入數據。來自傳感器的信號可以補充來自其他公司係統過程的信息，如供應鏈係統、資源規劃等。通過這種方式，數字雙胞胎接收範圍廣泛的不斷更新的輸入數據，然後用於分析。
2.集成雙胞胎之間通過各種通信接口進行，這些通信接口幫助將信息從傳感器傳輸到集成功能。為了保證安全集成，必須使用加密密鑰、防火牆和設備證書。
3.聚合:在數據存儲中接收處理和準備的數據以供分析。數據聚合和處理可以在公司內部進行，也可以在雲端進行，這取決於公司的選擇。
4.分析:數據分析和可視化。分析既可以由分析人員獨立進行，也可以在分析決策係統的支持下進行，該係統開發建議並將其發送給專家。
5.洞察力:物理模擬性能中一個或多個維度的關鍵偏差的可視化和突出顯示，表明了進一步研究和修正的潛在領域。
6.決定和行動:將優化思想付諸實踐，改變現有流程。根據所做的更改更新數字雙胞胎內部係統中的信息。這一階段完全依賴於人為幹預。這種互動關閉了實體世界和數字世界之間的聯係圈。
數字雙胞胎的好處
數字雙胞胎的使用帶來了更有效的研究和設計，並創建了關於可能的性能結果的大量數據。這些信息可以幫助組織進行必要的改進，發現並消除缺點，從而在開始生產或服務發布之前提高服務或產品的質量。
在操作過程中，數字雙胞胎幫助鏡像和監控生產和其他實時操作係統，在整個過程中實現和保持最高效率。例如，如果風力渦輪機上的傳感器檢測到與目標性能的偏差，數字雙胞胎可以用於運行模擬，研究性能問題的可能原因，並產生可能的改進。
數字雙胞胎技術的曆史
據IBM的數字孿生兄弟說白皮書1991年，大衛·格勒恩特爾(David Gelernter)出版了《鏡像世界》(Mirror Worlds)，首次提出了數字雙胞胎技術的想法。邁克爾·格裏夫斯博士(當時在密歇根大學任教)在2002年首次將數字雙胞胎的概念應用於製造業，並正式宣布了數字雙胞胎軟件的概念。最終，美國宇航局的約翰·維克斯引入了一個新術語——數字雙——2010年。
然而，使用數字雙胞胎作為一種研究物理對象的手段的核心思想實際上可以在更早的時候見證。事實上，可以正確地說，NASA在20世紀60年代的太空探索任務中率先使用了數字雙胞胎技術，當時每艘航行的航天器都被精確地複製在地球上的版本中，用於NASA飛行人員的研究和模擬目的。
也許曆史上最著名的數字雙胞胎例子是1970年的阿波羅13號，它是用來模擬飛船發射前後的情況。在飛行過程中，機上幾個氧氣罐爆炸，造成緊急情況，使機組人員處於危險之中。阿波羅13號的虛擬模型，使地麵上的工程團隊能夠在數千公裏之外解決問題，是拯救三名宇航員的決定性因素。
數字雙胞胎的應用
數字雙胞胎正在成為不僅在商業領域的重要工具，而且數字雙胞胎的技術和應用也在其他幾個領域迅速發展:汽車和飛機的工程和設計，與安全相關的基礎設施，如隧道、橋梁和風力渦輪機，電子，以及智能工廠的過程功能和生產線能力的設計。此外，對於需要管理大量係統的智能城市規劃者來說，數字雙胞胎正成為一個強大的工具。
查看我們的smartworldder部分閱讀更多信息智能技術．