數字雙胞胎是物理對象的虛擬復制品，數據科學家和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、人工智能和數據分析的融合世界。

隨著更復雜的“事物”與生成數據的能力聯(lián)系在一起，擁有數字等價物使數據科學家和其他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。

什么是數字雙胞胎？

數字雙胞胎是物理對象或系統(tǒng)的數字表示。數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字雙胞胎技術，這也進一步擴展了該概念的應用范圍。數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，并最終被全數字模擬所取代。

在Gartner將數字雙胞胎列為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，數十億的東西將由數字雙胞胎來代表，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，數字雙胞胎將存在于數十億個事物中?！?/p>

從本質上講，數字雙胞胎是一個計算機程序，它將有關物理對象或系統(tǒng)的真實數據作為輸入，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。

數字雙胞胎是如何工作的？

數字雙胞胎由專家構建，這些專家通常是數據科學或應用數學方面的專家。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，并使用這些數據開發(fā)一個數學模型來模擬數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據。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字雙胞胎——這是一種極其復雜的數字雙胞胎應用。然而，數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據量將決定你模擬物理對象的精確程度。

數字雙胞胎用例

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字化設計和測試。這些數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字雙胞胎來測試設備的建議修正工作。

數字雙胞胎應用存在于多個領域：

▲制造業(yè)可能是數字雙胞胎推廣最深入的領域，工廠已經在使用數字雙胞胎來模擬他們的流程。

▲汽車數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字雙胞胎。

數字雙胞胎和物聯(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。

數字雙胞胎可以根據可變數據來預測不同的結果。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字環(huán)境中得到證實。通過額外的軟件和數據分析，數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。

數字雙胞胎供應商

建立數字雙胞胎系統(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正在營銷數字雙胞胎技術，而微軟則正在Azure 下提供自己的數字雙胞胎平臺。

數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字雙胞胎工具的例子，該工具為用戶提供了兩種選擇——數字雙胞胎和預測性雙胞胎。

數字雙胞胎“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?！?/p>

Deepak Puri寫道，預測性雙胞胎“模擬了設備的未來狀態(tài)和行為”?！斑@是基于來自其他設備的歷史數據，這些數據可以模擬故障和其他需要注意的情況?！?/p>

作為其數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，微軟提出了數字流程雙胞胎的概念：

微軟表示：“數字流程雙胞胎是數字化轉型的下一個階段，它將產品數字雙胞胎的優(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字雙胞胎不支持一些高級場景，而流程數字雙胞胎則支持。

數字雙胞胎的好處

數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字雙胞胎技術，預計將節(jié)省數百萬美元的維護成本。西門子表示，使用數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，數字雙胞胎并不總是需要的，并且會不必要地增加復雜性。 “數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”。

數字雙胞胎技能

有興趣成為數字雙胞胎專家嗎？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據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。