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如何使用數字孿生推動(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(wèn)題，并幫助其提出可以與遙遠的宇航員溝通的問(wèn)題解決方案。
數字孿生的想法與此非常相似。然而，數字孿生不是構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(jìn)行準確的數字模擬。
在許多方面，數字孿生與虛擬機相似，因為它是一個(gè)數字實(shí)體，旨在模仿真實(shí)對象的工作方式。但是虛擬機的設計目的是替代真實(shí)的物理計算機。相比之下，數字孿生是被設計用來(lái)測試和實(shí)驗的，但最終目的是將從數字孿生獲得的任何見(jiàn)解用于數字孿生的物理對應物。
一個(gè)很好的例子是使用數字孿生的汽車(chē)和數字碰撞測試假人。汽車(chē)設計師可以通過(guò)許多不同類(lèi)型的碰撞場(chǎng)景，運行汽車(chē)和一個(gè)或多個(gè)假人的數字孿生，并使用來(lái)自這些碰撞的數據，最終目的是提高真實(shí)汽車(chē)設計的安全性。
數字孿生和物聯(lián)網(wǎng)
創(chuàng )建精確的太空艙、汽車(chē)和碰撞測試假人的數字孿生是一項非常復雜的工作，需要研究這些物品的物理特性，然后開(kāi)發(fā)一個(gè)精確的數學(xué)模型來(lái)描述它們及其行為。
但對物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)人員來(lái)說(shuō)，好消息是，所涉及的事物通常是相對簡(jiǎn)單的傳感器，這些傳感器的數學(xué)建?？赡鼙忍张摶蚱?chē)等復雜的東西更簡(jiǎn)單幾個(gè)數量級。
這意味著(zhù)，創(chuàng )建多種物聯(lián)網(wǎng)設備的數字孿生相對簡(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)單相同的設備組成，如集裝箱中的溫度或濕度傳感器，或車(chē)輛中的GPS單元。這意味著(zhù)，一旦創(chuàng )建了設備的數字孿生，只需制作數字孿生的多個(gè)副本并向它們提供數據，就可以創(chuàng )建大量這些設備協(xié)同工作的模擬。這可以是人造數據，也可以是現有物理設備接收的數據。
正如我們將看到的，這對大規模物聯(lián)網(wǎng)部署和管理的影響是巨大的。
多個(gè)物聯(lián)網(wǎng)應用
在物聯(lián)網(wǎng)計劃的一開(kāi)始，數字孿生可以用作設備原型，以幫助微調設備本身及其固件、加密系統和其他軟件的精確設計。
一旦這個(gè)過(guò)程完成，數字孿生可以用來(lái)幫助優(yōu)化設備的部署，測試實(shí)際需要多少設備，它們應該放在哪里，以及它們應該如何通過(guò)各種網(wǎng)絡(luò )連接到數據收集中心。
測試更新和更改
一旦部署了大量的設備，數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(guò)無(wú)線(xiàn)方式發(fā)送給物理設備。當設備之間交互的方式發(fā)生變化時(shí)，這尤其有用，因為大規模的模擬可以讓開(kāi)發(fā)人員在補丁和更新全部部署之前看到結果。
數字孿生還可以用來(lái)幫助設計和管理網(wǎng)絡(luò )拓撲的變化，甚至可以用來(lái)收集數據。例如，企業(yè)可能正在從其數據中心服務(wù)器上的物聯(lián)網(wǎng)設備收集數據，但隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )的擴展，它可能決定需要將數據發(fā)送到云進(jìn)行收集。
在這種情況下，數字孿生可以幫助預測何時(shí)需要進(jìn)行轉換，性能可能會(huì )受到怎樣的積極或消極影響，以及需要多大規模的云資源才能達到所需的數據收集和處理性能水平。
預測孿生
這種在物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )中使用數字孿生的方式被稱(chēng)為“預測孿生”。與使用真實(shí)數據不同，作為預測孿生的數字孿生網(wǎng)絡(luò )還可以用于測試不同類(lèi)型的數據流、增加的數據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(lái)可能需要什么變化。
數字孿生也可以用作預測孿生，因為它們也可以用于預測在許多不同的使用場(chǎng)景下，何時(shí)需要維護或更換物理對應物。
數字孿生的價(jià)值
由于物聯(lián)網(wǎng)設備的相對簡(jiǎn)單性，以及數字孿生可以以低成本或零成本復制這一事實(shí)，數字孿生特別適合物聯(lián)網(wǎng)部署。在不久的將來(lái)，數字孿生可能會(huì )將為“數十億種事物”而存在。
對于部署物聯(lián)網(wǎng)的企業(yè)來(lái)說(shuō)，數字孿生可能帶來(lái)的好處是驚人的。在維護、維修和運營(yíng)和優(yōu)化物聯(lián)網(wǎng)資產(chǎn)性能方面，可能節省數十億美元。
數字孿生的想法與此非常相似。然而，數字孿生不是構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(jìn)行準確的數字模擬。
在許多方面，數字孿生與虛擬機相似，因為它是一個(gè)數字實(shí)體，旨在模仿真實(shí)對象的工作方式。但是虛擬機的設計目的是替代真實(shí)的物理計算機。相比之下，數字孿生是被設計用來(lái)測試和實(shí)驗的，但最終目的是將從數字孿生獲得的任何見(jiàn)解用于數字孿生的物理對應物。
一個(gè)很好的例子是使用數字孿生的汽車(chē)和數字碰撞測試假人。汽車(chē)設計師可以通過(guò)許多不同類(lèi)型的碰撞場(chǎng)景，運行汽車(chē)和一個(gè)或多個(gè)假人的數字孿生，并使用來(lái)自這些碰撞的數據，最終目的是提高真實(shí)汽車(chē)設計的安全性。
數字孿生和物聯(lián)網(wǎng)
創(chuàng )建精確的太空艙、汽車(chē)和碰撞測試假人的數字孿生是一項非常復雜的工作，需要研究這些物品的物理特性，然后開(kāi)發(fā)一個(gè)精確的數學(xué)模型來(lái)描述它們及其行為。
但對物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)人員來(lái)說(shuō)，好消息是，所涉及的事物通常是相對簡(jiǎn)單的傳感器，這些傳感器的數學(xué)建?？赡鼙忍张摶蚱?chē)等復雜的東西更簡(jiǎn)單幾個(gè)數量級。
這意味著(zhù)，創(chuàng )建多種物聯(lián)網(wǎng)設備的數字孿生相對簡(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)單相同的設備組成，如集裝箱中的溫度或濕度傳感器，或車(chē)輛中的GPS單元。這意味著(zhù)，一旦創(chuàng )建了設備的數字孿生，只需制作數字孿生的多個(gè)副本并向它們提供數據，就可以創(chuàng )建大量這些設備協(xié)同工作的模擬。這可以是人造數據，也可以是現有物理設備接收的數據。
正如我們將看到的，這對大規模物聯(lián)網(wǎng)部署和管理的影響是巨大的。
多個(gè)物聯(lián)網(wǎng)應用
在物聯(lián)網(wǎng)計劃的一開(kāi)始，數字孿生可以用作設備原型，以幫助微調設備本身及其固件、加密系統和其他軟件的精確設計。
一旦這個(gè)過(guò)程完成，數字孿生可以用來(lái)幫助優(yōu)化設備的部署，測試實(shí)際需要多少設備，它們應該放在哪里，以及它們應該如何通過(guò)各種網(wǎng)絡(luò )連接到數據收集中心。
測試更新和更改
一旦部署了大量的設備，數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(guò)無(wú)線(xiàn)方式發(fā)送給物理設備。當設備之間交互的方式發(fā)生變化時(shí)，這尤其有用，因為大規模的模擬可以讓開(kāi)發(fā)人員在補丁和更新全部部署之前看到結果。
數字孿生還可以用來(lái)幫助設計和管理網(wǎng)絡(luò )拓撲的變化，甚至可以用來(lái)收集數據。例如，企業(yè)可能正在從其數據中心服務(wù)器上的物聯(lián)網(wǎng)設備收集數據，但隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )的擴展，它可能決定需要將數據發(fā)送到云進(jìn)行收集。
在這種情況下，數字孿生可以幫助預測何時(shí)需要進(jìn)行轉換，性能可能會(huì )受到怎樣的積極或消極影響，以及需要多大規模的云資源才能達到所需的數據收集和處理性能水平。
預測孿生
這種在物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )中使用數字孿生的方式被稱(chēng)為“預測孿生”。與使用真實(shí)數據不同，作為預測孿生的數字孿生網(wǎng)絡(luò )還可以用于測試不同類(lèi)型的數據流、增加的數據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(lái)可能需要什么變化。
數字孿生也可以用作預測孿生，因為它們也可以用于預測在許多不同的使用場(chǎng)景下，何時(shí)需要維護或更換物理對應物。
數字孿生的價(jià)值
由于物聯(lián)網(wǎng)設備的相對簡(jiǎn)單性，以及數字孿生可以以低成本或零成本復制這一事實(shí)，數字孿生特別適合物聯(lián)網(wǎng)部署。在不久的將來(lái)，數字孿生可能會(huì )將為“數十億種事物”而存在。
對于部署物聯(lián)網(wǎng)的企業(yè)來(lái)說(shuō)，數字孿生可能帶來(lái)的好處是驚人的。在維護、維修和運營(yíng)和優(yōu)化物聯(lián)網(wǎng)資產(chǎn)性能方面，可能節省數十億美元。
