Digital Twin——IoT的下一个浪潮

选自Medium

做者：Tomasz Kielar

京东云开发者社区编译

当前的商业格局受到了众多新技术的影响，有时确实让人很难能跟上技术迭新的速度。虽然不少人都熟悉工业4.0和物联网（IoT）这两个词，这里面包含了太多的技术内容以及商业应用上的含义，而Digital Twin则是另外一个正在稳步升起的下一波接力词汇。

事实上，不少人都认为Digital Twin是物联网的天然演进。毕竟，若是全部内容都已经以某种数字形式或其余形式被链接起来，为何不让它“瓜熟蒂落”地进入下一个进程呢？

从本质上讲，这是Digital Twin架构和技术背后的主要驱动力——在数字环境中彻底复制物理世界，为公司提供新的自由、机会和优点。

什么是Digital Twin？

Digital Twin概念由密歇根大学的Michael Grieves首次提出，自2001年以来一直存在，但近年来，现代技术的不断快速迭代，才为其实现与普及提供了可能性。

简而言之，Digital Twin指的是物理产品或资产的虚拟副本。此副本实时更新（或尽量按期更新），以尽量地匹配其真实世界。

而后，该模型可用于各类目的，从测试新策略到分析之前的结果，都是能够实现的。

那么，这个模型是如何工做的呢？一般，传感器和其余组件用于收集有关资产的准确数据。而后处理该数据并用于建立副本。毋庸置疑，更先进的传感器，不管是更精确的设备仍是更密集，更紧凑的阵列，都将有助于建立更加详细的数字模型。

Digital Twin建模的好处是什么？

对物理产品和资产进行试验多是一个临时且昂贵的过程。可是，能够快速编辑数字副本以测试新的解决方案并运行Demo。若是实验不符合要求，则不会浪费任何物理资源。

Digital Twin的另外一个好处是，容许专家们能够在不与物理设备接触的状况下进行项目的开发与处理

NASA就是一个很好的例子，NASA长期以来一直是这项技术的先驱——即便在虚拟模拟以前，工程师也会建立1:1比例的发射设备复制模型。Digital Twin容许工程师处理已经在太空中而且彻底没法访问的设备，而没有物理复制带来的麻烦和困难。在管理员对物理实体进行更改以前，能够运用这一模型进行详细计划更新和更改，并在现场进行测试。

美国宇航局国家先进制造中心制造专家兼经理 John Vickers表示：“Digital Twin的最终愿景是在虚拟环境中建立、测试和构建咱们的设备。只有当咱们把它带到咱们要求的地方时，咱们才能实际制造它。而后，咱们但愿物理构建经过传感器与Digital Twin链接，以便Digital Twin包含咱们经过检查物理构建能够得到的全部信息。”

一样，对于但愿或须要对现有产品或设备进行更改的公司，Digital Twin可帮助将停机时间降至最低。例如，在一条生产线中，无效的连接可能会限制整个链条的最佳效率，可是根本没法将其彻底删除以进行审核/评估，由于这会关闭它所属的整个流程。可是，虚拟副本能够在不产生这些成本的状况下进行测试和改进。

Digital Twin和物联网

那么为何咱们认为Digital Twin是“物联网的下一个浪潮”呢？这是由于前者在传感器和输入数据上已取得了不错的发展，然后者正在愈来愈多地将这些已有的成果更好地为咱们所用。

经过更多互连的设备和应用程序，咱们能够更轻松地连接数据并更好地了解更为详细的状况。所以，Digital Twin是一种收集和组合这些数据的高级方法。

事实上，这是一场已经在进行中的革命。据Gartner称，预计到明年（2020年），75％与物联网整合的企业将使用 - 或计划开始使用 - 某种形式的Digital Twin技术。据估计，13％的公司已经在使用此类解决方案，另有62％的公司已经采用某种形式的Digital Twin。

数字双用例和行业

对于许多Digital Twin应用程序而言，它们使用的最佳场景与其余技术一块儿配合，例如人工智能或机器学习。其余的一样也可使用Digital Twin解决方案，做为工业4.0或物联网的一部分。

值得注意的是，它不是一种全新的替代解决方案。Digital Twin是用于改进现有流程的，它为人们提供了一种“虚拟游乐场”，咱们能够在模拟环境中尝试各类方法，而不会影响真实产品。

Digital Twin技术用于各类用途，大多数企业均可以从中获益。可是，Digital Twin确实对于部分行业有着更为深远的意义，这一点值得咱们在此讨论。

制造与工程

毫无疑问，建立虚拟副本对制造业和工程行业有着很是重要的意义。Digital Twin在制造业中的做用几乎不须要介绍。它使公司可以快速有效地测试新设计，不管是小型产品仍是大型复杂设备。在虚拟环境中测试新的供应链很容易，而测试物理实体则涉及关闭生产，从而致使企业的损失——只有在必要时以及肯定最佳策略时才会这么作。

固然，这种技术能够作得更多。一个有趣的例子是GE的数字风电场。经过使用其风电场的数字再现，运营商能够制定优化后的维护策略，并将天气和其余因素也都考虑在了优化方案中。因为维护的优化升级，让维护人员对各类条件下的设备状态有了更好评估，设备与判断的可靠性也随之增长，有效提升了风电场产生的能量输出。

因为这一切都是以数字方式完成的，因此工程师能够自由地进行实验和研究，相反若是直接对实际涡轮机进行物理测试，多是须要付出较为昂贵的代价。而前者的存在，就是确保后者仅在解决方案通过全面测试和评估后才再去实施。

这些好处也适用于生产过程。工厂可使用虚拟复制品来测试更简化的解决方案，发现其当前生产能力的极限，以及测试新解决方案的压力。

汽车

咱们以前提到Digital Twin可使用传感器记录任何项目的持续状态。这种Digital Twin分析具备很大的潜力——尤为是在汽车领域。随着汽车与物联网和数字技术的集成愈来愈多，复制每一个细节的能力变得愈来愈容易。

例如，在任何事件发生后，Digital Twin可使用传感器记录建立所发生事件的实时复制。这样，工程师能够直接分析每一个确切的问题对车辆的影响，而不只仅是分析后记录的数据。

然而，Digital Twin在汽车领域的优点要远远超过这个。工程师能够在数字化的情境中测试车辆的安全功能，下降不没必要要的因安全而须要召回新车辆的风险。

这对于汽车零件制造商们也很重要，由于汽车行业的零部件来自众多不一样的公司。Digital Twin容许供应商或生产商的产品在真正被安装到汽车上以前得到更多数据，测试新解决方案并改进他们的产品。

一样，在智能汽车方面，Digital Twin也能够提供很好的帮助。许多智能汽车制造商都是在数字化虚拟环境中进行自动驾驶方面的测试。因为自动驾驶技术仍在发展阶段，制造商能够将实际测试时得到数据，用Digital Twin不断地测试和改进他们的解决方案。

卫生保健

医疗保健领域的Digital Twin能够识别各类医疗领域中涉及的各类设备（一般很是昂贵而且须要拥有较高操做水平的专门人员）的故障或问题。例如，MRI扫描仪等产生了大量的平常日志和消息，这些日志和消息能够输入Digital Twin以查看其当前状态，以及项目新出现的问题。有了这个，工程师能够提早设计预测问题的解决方案，避免关键时刻的突发问题，保持这些设备的良好维护。

在更我的的层面上，医疗设备也能够扩展到云，其中来自传感器的数据能够当即与患者的病史以及外部数据（例如人口统计数据）相关联。由此，还能够运行机器学习分析——这在初始医疗设备上是不可能实现的——尽量多地获取信息以提供更高的洞察与分析能力，而全部这些都由每一个虚拟副本为患者提供支持（至少从医学数据的角度来看）。

对于医院和医疗设施而言，Digital Twin可用于压力测试操做，模拟在大规模紧急状况下医院应该如何进行最佳操做。从医生及工做人员的调配、病床和诊室的进出等，以达到在大规模紧急状况下能够更好地帮助患者。

一样，在医疗保健产品中应用Digital Twin也可用于帮助医生为个体提供定制护理。有了足够的信息，Digital Twin能够提出更私人的解决方案，将每一个人不一样的身体状态和数据囊括其中。

事实上，已经有不少人都指望将来能在医疗保健行业中从这个技术上获益。随着医疗领域的进步和更精确的传感器（如基因组读取）变得愈来愈广泛，实际上将全部这些结合起来的能力将为整个行业开辟新的可能性。

零售

从产品制造周期的一开始到商店的战略性展现，零售领域就是数据蓬勃发展的领域。所以，有理由认为，在零售业务中使用Digital Twin能够带来不少好处。

在产品层面，公司可使用Digital Twin模拟从产品生产一直店内展现的全流程。在这里，公司能够分析制造流程、供应链和物流、测试新的简化解决方案等等，能够有效下降成本（从而提升利润率）。

想测试新包装或设计是否能够下降费用？Digital Twin让您无需对整个产品系列进行大规模物理更改便可对其进行测试。

在更普遍的业务层面，零售商店可使用Digital Twin技术模拟他们的商店状况，并使用传感器跟踪客户行为。而后，能够将此信息存储在Digital Twin上，以研究关键产品的最佳位置。而后能够建议并以数字方式测试产品和布局更改。

亚马逊已经在作相似的事情，使用分析数据来肯定其仓库的最佳布局，最须要的项目存储在最易于访问的位置。Digital Twin提供了一种测试此类自动化的好方法，确保提出的解决方案不会产生没法预料的后果，例如直接访问通道或路由交叉并致使延迟等问题。

如何实现Digital Twin

从技术角度来看，Digital Twin技术正变得愈来愈容易得到。云技术提供了一种在不须要配备昂贵服务器的状况下处理和运行应用的方法。

若是您的公司一直在采用大数据，物联网集成或工业4.0解决方案，那么您可能已经开始使用Digital Twin架构了。这些技术趋势都涉及使用传感器和其余数据收集手段进行分析和评估。在某些状况下，您可能已经有足够的资源来建立原型或工做模型。

Digital Twin的商业文化

话虽这么说，实施Digital Twin也须要强大的数字文化。当企业已经使用传感器和其余数据收集技术尽量多地学习时，这些模型才能发挥最大效用。

然而，对任何一家公司而言，使用新技术的相当重要的因素是肯定您想要改进的领域。就像大数据同样，捕获全部内容很是容易，但不能保证它彻底有用。应该改进这些解决方案，并将其重点放在最适用的领域。这是为何最好从小规模开始，将Digital Twin技术应用于最有利的缘由之一。

总结

对于许多人来讲，Digital Twin已经在这里——就算没有被“看见”，它也将在不久的未来出现。若是您不是已经“看见”了Digital Twin的大多数之一，那么您能够评估一下业务并肯定虚拟模拟是够能够直接改进的该领域。物联网已经确保了世界能够得到各类各样的传感器和输入源，那么为何不把他有效地利用起来呢？

Digital Twin使公司可以测试新的解决方案，评估之前的事件并预测将来的行为。它使不一样的公司可以合做双赢，并提供低成本、无风险的方式来测试新的产品设计、解决方案和服务。

随着物联网对世界愈来愈深的影响，Digital Twin解决方案变得愈来愈可行。这种技术使公司可以自由地评估、测试和改进，而没必要过多担忧风险因素。此外，任何现实世界的决策都将经过重要的模拟结果获得增强，帮助组织作出最佳的选择。

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