通过数字孪生集成改造工业物联网

工业物联网 (IIoT) 使用智能传感器和执行器来监控、收集、分析和共享数据。 IIoT 与工业 4.0 一起增加了智能机械的使用，这些机械使用传感器来自动化流程并通过减少人为干扰来提高效率。这些传感器生成的大量数据用于获得对工业过程的重要见解。根据这些数据训练不同的基于 AI/ML 的模型，这些模型的输出以升级和更改的形式出现，可以对系统进行升级和更改以提高效率。将这些升级和更改实施到实际系统中涉及到关键任务系统和流程的故障或损坏风险。关键任务系统的故障可能会对行业和公众造成很大的损害。此外，在不确保更改不会导致系统崩溃的情况下，不能直接升级或更改传输系统等基本服务。这就是 Digital Twin 介入以帮助行业以更安全、更有效的方式实施这些变化的地方。

数字孪生可以理解为数字世界中物理系统的代理。它是特定行业拥有的资产的数字复制品。将物理属性连接到数字属性的链接称为数字线程。从工业设置中的不同传感器和执行器收集的数据用于构建数字副本，使用户可以访问物理资产的结构、上下文和行为。可以观察系统的过去和现在的情况，并在此基础上，如果对其进行升级或更改，则可以预测未来的行为。这不仅可以节省时间和金钱，还可以防止对实际系统造成任何损坏。数字孪生可实现持续的流程改进、设计改进、高效运营、预测性维护和机器的条件状态。

数字孪生如何改变行业

工业 4.0 就是通过更快的数据收集、处理和管理实现自动化和数字化。边缘传感器正在取代传统的传感器技术，以促进更快的处理和更快的数据共享。 5G 等技术正在慢慢加快步伐，以提高不同节点之间的数据传输速度和连接性。集成这些技术仍然面临不同的挑战，例如高投资成本、传感器兼容性、数据安全性和可扩展性。这些挑战使企业主难以在数字化方面投入巨资。

上述大部分缺点都可以通过数字孪生技术解决。现有的物理设置被转换为数字形式，通过数字线程连接到现实世界的机器。在 AI/ML 模型的帮助下，机器的完整工作可以通过从传感器、过去的统计数据和开源数据中获取数据来映射成数字形式。此代理机器用于预测实际机器在对其进行更改时的响应方式。因此，为了集成边缘传感器和 5G 兼容性等新技术，在虚拟世界中进行实验，在现实世界中实施最佳解决方案。整个过程节省了时间和成本，还创建了机器的数字副本，可进一步用于数字化。

数字双胞胎正被用于各种行业，包括制造、能源、交通和建筑。不同的制造商和服务提供商涉及数字孪生来构建飞机发动机、机车、海上平台和风力涡轮机的代理。这些行业的公司正在投资数字孪生，以优化这些产品的运维。

数字孪生在三个关键领域为行业提供了卓越的价值。首先是推动制造过程的改进。从原型设计和设计到实际制造产品，公司可以持续监控实际和预期的输出并进行更改，以制造出近乎完美的产品。可以通过预测生产线故障并采取必要步骤来实现所需目标来优化制造运营。

第二个领域是预防性维护，其中数字孪生可用于分析过去的数据并从实际系统中获取实时输入以预测故障并建议预防性维护以防止故障。技术人员可以远程分析并进行预防性调整，当需要进行物理调整时，技术人员可以远程分析并提前订购零件以节省时间。

第三个领域是在客户使用现有产品和服务的基础上开发新产品和进入新市场。数字双胞胎有助于深入了解客户如何使用产品，以及可以或应该在新产品设计和制造方面做出哪些改变，以提高市场渗透率、占领新市场并提高客户满意度。这可以显着减少公司在市场研究和客户反馈上的花费。

数字孪生和物联网的未来

从制造单位对飞机发动机或复杂机器进行数字孪生并不是结束，而只是该技术即将带来的革命的开始。边缘计算的进步和强大的边缘设备正在部署在由高级网络系统（如私有 5G）连接的行业中，可以使数字孪生的互连成为可能。结果将是一个完整的连接设备链，构成数字工厂。

例如，新加坡创建了一个完整的城市数字双胞胎来跟踪交通、污染、气候和城市布局，以便城市管理者可以测试可访问性选项、查看新建筑的潜在影响、管理应急响应并监控城市健康。同时，医生正在创建针对患者的肺部数字双胞胎，以帮助在治疗 COVID-19 患者时做出有关呼吸机使用的决定。

虽然仍然是一项新兴技术，但毫无疑问，数字双胞胎是未来。他们在运营、维护、财务、销售和市场营销部门拥有无穷无尽的应用程序，可以访问统一的真实数据源，以预测维护、改进设计、了解使用情况并调整定价。