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如何使用數(shù)字孿生推動物聯(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太空艙的問題，并幫助其提出可以與遙遠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象的物理模型，而是對僅作為計算機代碼存在的對象進行準(zhǔn)確的數(shù)字模擬。
在許多方面，數(shù)字孿生與虛擬機相似，因為它是一個數(shù)字實體，旨在模仿真實對象的工作方式。但是虛擬機的設(shè)計目的是替代真實的物理計算機。相比之下，數(shù)字孿生是被設(shè)計用來測試和實驗的，但最終目的是將從數(shù)字孿生獲得的任何見解用于數(shù)字孿生的物理對應(yīng)物。
一個很好的例子是使用數(shù)字孿生的汽車和數(shù)字碰撞測試假人。汽車設(shè)計師可以通過許多不同類型的碰撞場景，運行汽車和一個或多個假人的數(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汽車設(shè)計的安全性。
數(shù)字孿生和物聯(lián)網(wǎng)
創(chuàng)建精確的太空艙、汽車和碰撞測試假人的數(shù)字孿生是一項非常復(fù)雜的工作，需要研究這些物品的物理特性，然后開發(fā)一個精確的數(shù)學(xué)模型來描述它們及其行為。
但對物聯(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簡單的傳感器，這些傳感器的數(shù)學(xué)建?？赡鼙忍张摶蚱嚨葟?fù)雜的東西更簡單幾個數(shù)量級。
這意味著，創(chuàng)建多種物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的數(shù)字孿生相對簡單、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，這對大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)部署和管理的影響是巨大的。
多個物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用
在物聯(lián)網(wǎng)計劃的一開始，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。
一旦這個過程完成，數(shù)字孿生可以用來幫助優(yōu)化設(shè)備的部署，測試實際需要多少設(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試固件和其他軟件補丁和更新，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，這尤其有用，因為大規(guī)模的模擬可以讓開發(fā)人員在補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)計和管理網(wǎng)絡(luò)拓撲的變化，甚至可以用來收集數(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)的擴展，它可能決定需要將數(shù)據(jù)發(fā)送到云進行收集。
在這種情況下，數(shù)字孿生可以幫助預(yù)測何時需要進行轉(zhuǎn)換，性能可能會受到怎樣的積極或消極影響，以及需要多大規(guī)模的云資源才能達到所需的數(shù)據(jù)收集和處理性能水平。
預(yù)測孿生
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)測孿生”。與使用真實數(shù)據(jù)不同，作為預(yù)測孿生的數(shù)字孿生網(wǎng)絡(luò)還可以用于測試不同類型的數(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)測孿生，因為它們也可以用于預(yù)測在許多不同的使用場景下，何時需要維護或更換物理對應(yīng)物。
數(shù)字孿生的價值
由于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的相對簡單性，以及數(shù)字孿生可以以低成本或零成本復(fù)制這一事實，數(shù)字孿生特別適合物聯(lián)網(wǎng)部署。在不久的將來，數(shù)字孿生可能會將為“數(shù)十億種事物”而存在。
對于部署物聯(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、維修和運營和優(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象的物理模型，而是對僅作為計算機代碼存在的對象進行準(zhǔn)確的數(shù)字模擬。
在許多方面，數(shù)字孿生與虛擬機相似，因為它是一個數(shù)字實體，旨在模仿真實對象的工作方式。但是虛擬機的設(shè)計目的是替代真實的物理計算機。相比之下，數(shù)字孿生是被設(shè)計用來測試和實驗的，但最終目的是將從數(shù)字孿生獲得的任何見解用于數(shù)字孿生的物理對應(yīng)物。
一個很好的例子是使用數(shù)字孿生的汽車和數(shù)字碰撞測試假人。汽車設(shè)計師可以通過許多不同類型的碰撞場景，運行汽車和一個或多個假人的數(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汽車設(shè)計的安全性。
數(shù)字孿生和物聯(lián)網(wǎng)
創(chuàng)建精確的太空艙、汽車和碰撞測試假人的數(shù)字孿生是一項非常復(fù)雜的工作，需要研究這些物品的物理特性，然后開發(fā)一個精確的數(shù)學(xué)模型來描述它們及其行為。
但對物聯(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簡單的傳感器，這些傳感器的數(shù)學(xué)建?？赡鼙忍张摶蚱嚨葟?fù)雜的東西更簡單幾個數(shù)量級。
這意味著，創(chuàng)建多種物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的數(shù)字孿生相對簡單、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，這對大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)部署和管理的影響是巨大的。
多個物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用
在物聯(lián)網(wǎng)計劃的一開始，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。
一旦這個過程完成，數(shù)字孿生可以用來幫助優(yōu)化設(shè)備的部署，測試實際需要多少設(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試固件和其他軟件補丁和更新，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，這尤其有用，因為大規(guī)模的模擬可以讓開發(fā)人員在補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)計和管理網(wǎng)絡(luò)拓撲的變化，甚至可以用來收集數(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)的擴展，它可能決定需要將數(shù)據(jù)發(fā)送到云進行收集。
在這種情況下，數(shù)字孿生可以幫助預(yù)測何時需要進行轉(zhuǎn)換，性能可能會受到怎樣的積極或消極影響，以及需要多大規(guī)模的云資源才能達到所需的數(shù)據(jù)收集和處理性能水平。
預(yù)測孿生
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)測孿生”。與使用真實數(shù)據(jù)不同，作為預(yù)測孿生的數(shù)字孿生網(wǎng)絡(luò)還可以用于測試不同類型的數(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)測孿生，因為它們也可以用于預(yù)測在許多不同的使用場景下，何時需要維護或更換物理對應(yīng)物。
數(shù)字孿生的價值
由于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的相對簡單性，以及數(shù)字孿生可以以低成本或零成本復(fù)制這一事實，數(shù)字孿生特別適合物聯(lián)網(wǎng)部署。在不久的將來，數(shù)字孿生可能會將為“數(shù)十億種事物”而存在。
對于部署物聯(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、維修和運營和優(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。
