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如何使用數(shù)字孿生推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)？
日期：2022-09-27
50年前，美國國家航空航天局將其太空艙的全尺寸模型放在手邊，以幫助其診斷太空中真實(shí)太空艙的問題，并幫助其提出可以與遙遠(yuǎn)的宇航員溝通的問題解決方案。
數(shù)字孿生的想法與此非常相似。然而，數(shù)字孿生不是構(gòu)建太空艙或任何其他物理對(duì)象的物理模型，而是對(duì)僅作為計(jì)算機(jī)代碼存在的對(duì)象進(jìn)行準(zhǔn)確的數(shù)字模擬。
在許多方面，數(shù)字孿生與虛擬機(jī)相似，因?yàn)樗且粋€(gè)數(shù)字實(shí)體，旨在模仿真實(shí)對(duì)象的工作方式。但是虛擬機(jī)的設(shè)計(jì)目的是替代真實(shí)的物理計(jì)算機(jī)。相比之下，數(shù)字孿生是被設(shè)計(jì)用來測(cè)試和實(shí)驗(yàn)的，但最終目的是將從數(shù)字孿生獲得的任何見解用于數(shù)字孿生的物理對(duì)應(yīng)物。
一個(gè)很好的例子是使用數(shù)字孿生的汽車和數(shù)字碰撞測(cè)試假人。汽車設(shè)計(jì)師可以通過許多不同類型的碰撞場(chǎng)景，運(yùn)行汽車和一個(gè)或多個(gè)假人的數(shù)字孿生，并使用來自這些碰撞的數(shù)據(jù)，最終目的是提高真實(shí)汽車設(shè)計(jì)的安全性。
數(shù)字孿生和物聯(lián)網(wǎng)
創(chuàng)建精確的太空艙、汽車和碰撞測(cè)試假人的數(shù)字孿生是一項(xiàng)非常復(fù)雜的工作，需要研究這些物品的物理特性，然后開發(fā)一個(gè)精確的數(shù)學(xué)模型來描述它們及其行為。
但對(duì)物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)人員來說，好消息是，所涉及的事物通常是相對(duì)簡(jiǎn)單的傳感器，這些傳感器的數(shù)學(xué)建?？赡鼙忍张摶蚱嚨葟?fù)雜的東西更簡(jiǎn)單幾個(gè)數(shù)量級(jí)。
這意味著，創(chuàng)建多種物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的數(shù)字孿生相對(duì)簡(jiǎn)單、快速，而且至關(guān)重要的是，成本低廉。
此外，許多物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境由大量簡(jiǎn)單相同的設(shè)備組成，如集裝箱中的溫度或濕度傳感器，或車輛中的GPS單元。這意味著，一旦創(chuàng)建了設(shè)備的數(shù)字孿生，只需制作數(shù)字孿生的多個(gè)副本并向它們提供數(shù)據(jù)，就可以創(chuàng)建大量這些設(shè)備協(xié)同工作的模擬。這可以是人造數(shù)據(jù)，也可以是現(xiàn)有物理設(shè)備接收的數(shù)據(jù)。
正如我們將看到的，這對(duì)大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)部署和管理的影響是巨大的。
多個(gè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用
在物聯(lián)網(wǎng)計(jì)劃的一開始，數(shù)字孿生可以用作設(shè)備原型，以幫助微調(diào)設(shè)備本身及其固件、加密系統(tǒng)和其他軟件的精確設(shè)計(jì)。
一旦這個(gè)過程完成，數(shù)字孿生可以用來幫助優(yōu)化設(shè)備的部署，測(cè)試實(shí)際需要多少設(shè)備，它們應(yīng)該放在哪里，以及它們應(yīng)該如何通過各種網(wǎng)絡(luò)連接到數(shù)據(jù)收集中心。
測(cè)試更新和更改
一旦部署了大量的設(shè)備，數(shù)字孿生還可以用于測(cè)試固件和其他軟件補(bǔ)丁和更新，然后再通過無線方式發(fā)送給物理設(shè)備。當(dāng)設(shè)備之間交互的方式發(fā)生變化時(shí)，這尤其有用，因?yàn)榇笠?guī)模的模擬可以讓開發(fā)人員在補(bǔ)丁和更新全部部署之前看到結(jié)果。
數(shù)字孿生還可以用來幫助設(shè)計(jì)和管理網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖兓踔量梢杂脕硎占瘮?shù)據(jù)。例如，企業(yè)可能正在從其數(shù)據(jù)中心服務(wù)器上的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備收集數(shù)據(jù)，但隨著物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展，它可能決定需要將數(shù)據(jù)發(fā)送到云進(jìn)行收集。
在這種情況下，數(shù)字孿生可以幫助預(yù)測(cè)何時(shí)需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換，性能可能會(huì)受到怎樣的積極或消極影響，以及需要多大規(guī)模的云資源才能達(dá)到所需的數(shù)據(jù)收集和處理性能水平。
預(yù)測(cè)孿生
這種在物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中使用數(shù)字孿生的方式被稱為“預(yù)測(cè)孿生”。與使用真實(shí)數(shù)據(jù)不同，作為預(yù)測(cè)孿生的數(shù)字孿生網(wǎng)絡(luò)還可以用于測(cè)試不同類型的數(shù)據(jù)流、增加的數(shù)據(jù)流量和許多其他情況的影響，以了解對(duì)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的影響，以及未來可能需要什么變化。
數(shù)字孿生也可以用作預(yù)測(cè)孿生，因?yàn)樗鼈円部梢杂糜陬A(yù)測(cè)在許多不同的使用場(chǎng)景下，何時(shí)需要維護(hù)或更換物理對(duì)應(yīng)物。
數(shù)字孿生的價(jià)值
由于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的相對(duì)簡(jiǎn)單性，以及數(shù)字孿生可以以低成本或零成本復(fù)制這一事實(shí)，數(shù)字孿生特別適合物聯(lián)網(wǎng)部署。在不久的將來，數(shù)字孿生可能會(huì)將為“數(shù)十億種事物”而存在。
對(duì)于部署物聯(lián)網(wǎng)的企業(yè)來說，數(shù)字孿生可能帶來的好處是驚人的。在維護(hù)、維修和運(yùn)營和優(yōu)化物聯(lián)網(wǎng)資產(chǎn)性能方面，可能節(jié)省數(shù)十億美元。
數(shù)字孿生的想法與此非常相似。然而，數(shù)字孿生不是構(gòu)建太空艙或任何其他物理對(duì)象的物理模型，而是對(duì)僅作為計(jì)算機(jī)代碼存在的對(duì)象進(jìn)行準(zhǔn)確的數(shù)字模擬。
在許多方面，數(shù)字孿生與虛擬機(jī)相似，因?yàn)樗且粋€(gè)數(shù)字實(shí)體，旨在模仿真實(shí)對(duì)象的工作方式。但是虛擬機(jī)的設(shè)計(jì)目的是替代真實(shí)的物理計(jì)算機(jī)。相比之下，數(shù)字孿生是被設(shè)計(jì)用來測(cè)試和實(shí)驗(yàn)的，但最終目的是將從數(shù)字孿生獲得的任何見解用于數(shù)字孿生的物理對(duì)應(yīng)物。
一個(gè)很好的例子是使用數(shù)字孿生的汽車和數(shù)字碰撞測(cè)試假人。汽車設(shè)計(jì)師可以通過許多不同類型的碰撞場(chǎng)景，運(yùn)行汽車和一個(gè)或多個(gè)假人的數(shù)字孿生，并使用來自這些碰撞的數(shù)據(jù)，最終目的是提高真實(shí)汽車設(shè)計(jì)的安全性。
數(shù)字孿生和物聯(lián)網(wǎng)
創(chuàng)建精確的太空艙、汽車和碰撞測(cè)試假人的數(shù)字孿生是一項(xiàng)非常復(fù)雜的工作，需要研究這些物品的物理特性，然后開發(fā)一個(gè)精確的數(shù)學(xué)模型來描述它們及其行為。
但對(duì)物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)人員來說，好消息是，所涉及的事物通常是相對(duì)簡(jiǎn)單的傳感器，這些傳感器的數(shù)學(xué)建?？赡鼙忍张摶蚱嚨葟?fù)雜的東西更簡(jiǎn)單幾個(gè)數(shù)量級(jí)。
這意味著，創(chuàng)建多種物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的數(shù)字孿生相對(duì)簡(jiǎn)單、快速，而且至關(guān)重要的是，成本低廉。
此外，許多物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境由大量簡(jiǎn)單相同的設(shè)備組成，如集裝箱中的溫度或濕度傳感器，或車輛中的GPS單元。這意味著，一旦創(chuàng)建了設(shè)備的數(shù)字孿生，只需制作數(shù)字孿生的多個(gè)副本并向它們提供數(shù)據(jù)，就可以創(chuàng)建大量這些設(shè)備協(xié)同工作的模擬。這可以是人造數(shù)據(jù)，也可以是現(xiàn)有物理設(shè)備接收的數(shù)據(jù)。
正如我們將看到的，這對(duì)大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)部署和管理的影響是巨大的。
多個(gè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用
在物聯(lián)網(wǎng)計(jì)劃的一開始，數(shù)字孿生可以用作設(shè)備原型，以幫助微調(diào)設(shè)備本身及其固件、加密系統(tǒng)和其他軟件的精確設(shè)計(jì)。
一旦這個(gè)過程完成，數(shù)字孿生可以用來幫助優(yōu)化設(shè)備的部署，測(cè)試實(shí)際需要多少設(shè)備，它們應(yīng)該放在哪里，以及它們應(yīng)該如何通過各種網(wǎng)絡(luò)連接到數(shù)據(jù)收集中心。
測(cè)試更新和更改
一旦部署了大量的設(shè)備，數(shù)字孿生還可以用于測(cè)試固件和其他軟件補(bǔ)丁和更新，然后再通過無線方式發(fā)送給物理設(shè)備。當(dāng)設(shè)備之間交互的方式發(fā)生變化時(shí)，這尤其有用，因?yàn)榇笠?guī)模的模擬可以讓開發(fā)人員在補(bǔ)丁和更新全部部署之前看到結(jié)果。
數(shù)字孿生還可以用來幫助設(shè)計(jì)和管理網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖兓踔量梢杂脕硎占瘮?shù)據(jù)。例如，企業(yè)可能正在從其數(shù)據(jù)中心服務(wù)器上的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備收集數(shù)據(jù)，但隨著物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展，它可能決定需要將數(shù)據(jù)發(fā)送到云進(jìn)行收集。
在這種情況下，數(shù)字孿生可以幫助預(yù)測(cè)何時(shí)需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換，性能可能會(huì)受到怎樣的積極或消極影響，以及需要多大規(guī)模的云資源才能達(dá)到所需的數(shù)據(jù)收集和處理性能水平。
預(yù)測(cè)孿生
這種在物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中使用數(shù)字孿生的方式被稱為“預(yù)測(cè)孿生”。與使用真實(shí)數(shù)據(jù)不同，作為預(yù)測(cè)孿生的數(shù)字孿生網(wǎng)絡(luò)還可以用于測(cè)試不同類型的數(shù)據(jù)流、增加的數(shù)據(jù)流量和許多其他情況的影響，以了解對(duì)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的影響，以及未來可能需要什么變化。
數(shù)字孿生也可以用作預(yù)測(cè)孿生，因?yàn)樗鼈円部梢杂糜陬A(yù)測(cè)在許多不同的使用場(chǎng)景下，何時(shí)需要維護(hù)或更換物理對(duì)應(yīng)物。
數(shù)字孿生的價(jià)值
由于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的相對(duì)簡(jiǎn)單性，以及數(shù)字孿生可以以低成本或零成本復(fù)制這一事實(shí)，數(shù)字孿生特別適合物聯(lián)網(wǎng)部署。在不久的將來，數(shù)字孿生可能會(huì)將為“數(shù)十億種事物”而存在。
對(duì)于部署物聯(lián)網(wǎng)的企業(yè)來說，數(shù)字孿生可能帶來的好處是驚人的。在維護(hù)、維修和運(yùn)營和優(yōu)化物聯(lián)網(wǎng)資產(chǎn)性能方面，可能節(jié)省數(shù)十億美元。
