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使用物联网创建数字副本:数字孪生技术在实践中如何运作

2020年7月29日     来源:物联之家网         
关键字:数字孪生  物联网  大数据  
数字孪生是物理对象的精确复制品, Gartner将其定义为“现实世界实体或系统的数字表示”。

    数字孪生的概念已经存在了相当长一段时间,然而随着其主要推动因素——数据分析和物联网——逐渐成熟,数字孪生应用最终开始在制造业之外使用。随着企业越来越多地利用虚拟副本的力量,这一趋势是显而易见的,唯一还不清楚的是数字孪生在实践中是如何运作的。

    物联网驱动的数字孪生

    数字孪生是物理对象的精确复制品, Gartner将其定义为“现实世界实体或系统的数字表示”。

    通过不断整合最新信息,数字孪生技术可以带来最大的价值。与虚拟原型类似,它在数字世界和物理世界之间建立联系,但这种联系会不断更新,以反映当前的存在状况。

    通过实时从智能资产中捕获数据并将其转化为见解,数字孪生有助于防止故障并找到解决方案,从而有助于制定有效的业务策略。在业务环境中,这意味着减少停机时间、降低生产和维护成本、增强客户服务并缩短上市时间。

    通过连续数据馈送的平稳集成,数字孪生可以为企业提供其产品和流程的最新视图,从而使企业能够主动、有预见性且具有成本效益。为了实现这些好处,虚拟仿真需要数据,而智能物联网传感器实时地将数据传送给它们。

    物联网使组织可以访问有关物理世界的信息,而数字孪生可以利用这些信息,并对其进行分析、优化和测试。数字线程将这两种技术结合在一起——连续、无缝的数据流使资产的整个生命周期具有可追溯性。

    Orbis Research称,到2022年,预计75%的物联网平台将包含某种形式的数字孪生。

    数字孪生技术降低了物联网生态系统的复杂性,因为它们集成了由智能传感器(如智能照明、摄像头、恒温器、电表)收集的大量数据集,并将它们映射到更易于分析、测量和理解的虚拟副本中。该技术的采用速度正在加快,目前的研究也证实了这一点。根据Gartner的报告显示,到2022年,超过2/3已实施物联网的企业将在生产流程中至少部署一项数字孪生,或计划在一年内部署数字孪生,预计效率将提高10%。Markets and Markets预测,到2025年,数字孪生市场预计将增长到358亿美元,自2019年以来复合年增长率为37.8%。

    物联网数字孪生用例

    直至最近,诸如制造和产品设计等以工程为导向的重资产行业一直是数字孪生技术的主要受益者。然而,随着诸如物联网、AI和云计算等支持技术的可用性不断提高,数字孪生的新应用正在其他垂直行业中出现。

    1. 汽车

    尽管汽车公司仍在努力使自动驾驶技术在商业上可行,但它们中的大多数已经采用了物联网驱动的数字孪生技术,以从装有传感器的汽车中获取行为和操作数据。汽车工程师可以创建车辆的数字模型,以识别出设计中可能出现的错误,并在实际生产之前对汽车的安全性、效率和创新进行改进。

    引领这一创新的是特斯拉,该公司创建了每种车型的数字孪生,但其他制造商也在紧跟其后。例如,日产正在利用实时虚拟副本查明电池漏液的原因、减少地盘体积、优化车辆空间存储等。同样,梅赛德斯的工厂使用数字模型来模拟整个生产流程,以提高效率和灵活性,从而能够更快地响应客户需求。

    数字孪生在汽车领域的另一个有趣应用是赛车运动,虚拟模拟器完美地模拟了赛道体验,从而为工程师提供有关车辆设计和空气动力学的深入见解。这些见解可以提高驾驶员的安全性,并为观众带来激动人心的体育盛宴。

    2. 制造业

    制造业是数字孪生技术最先进的应用领域。从绘图板到最终装配,该技术可提供对产品和流程的实时360度可见性。它使制造商能够构建和测试新的先进概念,而无需关闭生产线和影响交货时间。

    数字孪生为分析真实世界的产品应用提供了无限可能性,而不会产生与传统研发运营相关的巨大成本。对生产流程的强大仿真保证了所获得的输出将与最初的预测一致。

    数字孪生应用给重工业带来好处的一个典型例子是航空航天工程。以波音公司为例。

    该公司的工程师正在对各种飞机部件进行数字仿真,以评估它们的耐用性、寿命和可靠性。这有助于公司确保乘客和机组人员的最高安全标准。由于采用了数字孪生技术,波音公司可以预测特定零件的性能,并预测(并避免)发动机故障的潜在风险。

    3. 智慧城市

    数字孪生也正在推动智慧城市的强劲转型。城市规划者和政府部门安装仪表和传感器以监测和跟踪交通水平,从而帮助他们更好地了解占用率、环境条件、能源消耗、公共安全以及城市生态系统的其他方面。(来自物联之家)通过虚拟模拟,他们可以生成城市的并行版本,以测试更可持续、对公民更友好和更有利可图的城市政策和愿景。

    新加坡是第一个利用大量数据来改善其居民生活质量的城市。该城市将模拟环境纳入其发展战略,以支持更健康、更强大和更安全的社区。其他追随者城市包括苏黎世、哥本哈根、雅加达、墨尔本和开普敦等。越来越多的城市也开始尝试虚拟副本技术来解决城市化挑战。据估计,到2025年,全球智慧城市的数量将达到500个。

    4. 物流

    数字孪生可以模拟即将发生的事件,并为未来提出可能的方案,从而使物流领域的应用多样化。

    物流公司已经在利用物联网传感器来跟踪货物。现在,他们可能会进一步利用物联网驱动的数字孪生,创建虚拟仿真来提高容量利用率,并设计出更有效和可持续的包装解决方案。在配送中心和仓库,从机械中获取的信息可以作为预测模型的输入,而这些预测模型可以预测并防止故障和停机。

    物联网数字孪生还可以帮助进行仓库规划、配置、管理和持续优化。DHL是广泛使用此应用的公司之一,该公司利用实时运营数据不断评估变化对设施布局、设备、员工生产力和流程的潜在影响。

    5. 零售

    零售业拥有丰富的消费者数据,这些数据可以从PoS系统、移动设备、店内信标和其他来源中提取。通过数字孪生,可以轻松地将此数据转换为商店的全面虚拟表示。

    在店内,数字复制品使零售商能够监测和测试商品的最佳放置,并根据顾客的兴趣模式管理商品的分销。此外,使用数字孪生,零售公司还可以了解从设计到销售的整个产品生命周期。这些见解使零售商能够防止缺货并减少浪费。最后,电子商务和零售组织采用数字孪生来构建复杂的消费者行为模式,帮助他们创造以客户为中心的个性化体验。此外,从各种接触点收集的详细消费者数据,包括购买历史、网站访问和社交媒体参与度等,可以在以后用于提高广告和营销活动的效果。

    6. 医疗保健

    技术在医疗中起着变革性作用,可以改善治疗效果并提高患者的舒适度。数字孪生现在已成为其中的一部分。随着互联医疗趋势的快速发展,虚拟副本可用于数据驱动型决策,以支持极其复杂的医疗环境,并提高安全性、可及性和治疗效率。

    以下是一些在医疗保健领域中流行的数字孪生示例。分析顾问可以使用数字孪生来模拟新医院或改造现有设施,以发现最佳的病床布置、人员配置和平面布置。虚拟副本可以将从可穿戴设备、患者门户和移动设备收集的数据结合起来,创建患者健康的终身记录。(来源物联之家网)这样的副本将促进结果预测、慢性病管理和高度个性化的治疗。医疗器械制造商也可以从数字孪生中受益,利用虚拟副本来创建先进的、经济实惠的矫正器械,同时绕开昂贵的物理原型开发。

    7. 公用事业

    数字孪生技术在数据丰富的公用事业领域发挥了巨大的作用,它们提供了物理网格和流程的统一视图。它们用一个单一的空间化平台取代或增强了传统的信息系统和人工操作。随着模型仿真不断学习和自我更新,它们有助于消除数据不一致之处,并为预测性公用事业管理建立可靠的数据基础。

    动态模型的透明度有助于公用事业提供商改善资产管理、检测异常并防止故障。通过这些增强,电力、天然气、水和其他公用事业公司还可以减轻服务中断或故障对社会和经济造成的影响。

    悉尼水务公司(Sydney Water)应用了一个有趣的数字孪生。为了实现综合供水服务的愿景,这家澳大利亚水务公司利用数字仿真来提高水力模型的准确性,以便进行更有效的供水规划和主动识别问题。

    总结

    随着企业试图摆脱商品化陷阱,数字孪生为他们提供了一个机会,用新的、超个性化的产品和服务来建立市场差异化优势。实时仿真和预测使各行各业的组织能够使用主动的、数据驱动的方法来预防故障、提高产品质量、简化流程并为市场带来领先于竞争对手的价值。 

责任编辑:田耘
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