数字孪生及其在互联网世界中的应用

数字孪生及其在互联网世界中的应用

数字孪生是基于云虚拟的一个过程，产品或服务。未来五年，数字孪生将取代数十亿个事物，显示出这项技术的巨大潜力。

数字孪生是有生命或无生命的物理实体的数字副本。数字孪生是指可以用于各种目的的物理资产（物理孪生）、流程、人员、场所、系统和设备的数字副本。数字孪生使用物理数据，虚拟数据以及这些数据之间的交互作用，真实映射了产品生命周期中的所有部分。

数字孪生将物联网（IoT）、人工智能（AI）、机器学习（ML）和软件分析与特殊的网络图相结合，以创建实时的数字仿真模型。这些模型会随着物理模型的变化而更新和变化。

数字孪生还将过去机器使用情况的历史数据集成到其数字模型中。

在各个工业领域中，数字孪生被用于优化操作以及维护实物资产，系统和制造过程。数字孪生也称为网络对象或数字化身。

数字孪生将改善多个领域

数字孪生技术在能源和公用事业，航空航天和国防，机器制造，汽车运输，医疗保健和消费品等多个领域都有应用。在全球市场的基础上，数字孪生技术分为系统孪生、零件孪生、工艺孪生和产品孪生。Oracle，通用电气，微软，PTC，ANSYS，西门子，IBM和达索系统是数字孪生领域的领先者。

NASA是第一个公布数字孪生概念的公司。如今，NASA使用数字孪生来制定新的路线图，下一代飞行器和航天器。美国国家航空航天局（NASA）使用数字孪生技术修复了超出物理监测范围的航天器。例如，数字双胞胎技术帮助NASA工程师和宇航员修复了阿波罗13号任务，从而使飞船和机组人员安全地重返地球。

下一代NASA和美国空军的车辆在承受更高的负载和极端服务条件时，将需要更轻的质量。未来，美国宇航局的航天器将需要比目前的航天器运行更长的时间。数字孪生将超高保真度仿真与车载车辆集成在一起。这些与车辆健康管理系统，维护历史记录以及所有可用的历史记录和飞行数据集成在一起，以反映其飞行孪生的寿命，并提供极高水平的安全性和可靠性。

数字孪生仿真已用于自动驾驶汽车领域的开发，测试和其他各种挑战。对于建筑和建筑行业，数字孪生已经成为建筑信息模型的升级版。

数字孪生可以对数据进行分析，以在潜在问题发生之前识别出问题，防止停机，甚至可以通过模拟来制定未来计划。简而言之，数字孪生是数字世界与物理世界之间的桥梁。

数字孪生有助于在虚拟环境中创建，测试和构建设备。它甚至可以用于培训人员虚拟地操作产品，甚至在生产实际产品之前，也可以使人们学会在产品可用时有效地处理产品。

因此，只有在确保满足要求的性能后才能生产产品。如今，机器智能和与云的连接使我们在为各行各业的公司大规模实施数字孪生技术方面拥有更大的潜力。

改善物联网的性能

随着更强大的纳米传感器被添加到设备和过程中以提高性能，需要一些标准工具来分析物联网传感器收集的数据。数字孪生是解决此问题的一种方法。

物联网领域正在缓慢地发展，但是如果没有数字孪生技术等其他技术的帮助，它就无法生存。这项技术已经拥有良好的记录，并启用了高效的流程，这些流程可能被证明是更好的适配器，可以为IoT领域提供高效的服务。

工业机械可能具有许多传感器，这些传感器收集各种信息，例如，它的年龄，使用了多长时间，去年/月/周的生产能力，中断的次数，有缺陷的设备的数量。这样的数据被发送到数字孪生应用程序，由数字孪生程序处理数据，将其转变为智能和可操作的输出，从而可以最大程度地减少缺陷。

相同类型的产品可能面临不同的工作条件。例如，土方设备在不同位置经受不同的地理岩石结构。因此，公司提供的相同容量的土方设备的使用寿命在不同地方会有所不同。使用传感器数据，数字孪生可以轻松预测每台设备的使用寿命，并避免其突然发生故障。

假设购物中心或办公楼中的空调设备的压缩机发生故障。如果无法在现场购买该备件，则维修时间将更长，这会对业务产生巨大的负面影响。使用数字孪生技术可以轻松预测此类组件的故障，并在此类故障发生之前向用户或供应商发送警报信号。因此，可以进行预测性维护以增加产品的使用寿命和使用寿命。

未来五年内，数字孪生将代表数十亿个事物。这项技术将使公司能够更好地了解他们的需求，并改善现有产品，运营和服务，甚至帮助进一步创新，从而帮助公司改善客户体验。

通用电气已经在使用数字风电场来提高生产力。这有助于他们在建造每个风力涡轮机之前对其进行配置。甚至监视风电场涡轮机及其周围环境的传感器数据也可以用于与数字孪生数据进行比较。这有助于在风力涡轮机实际故障之前预测其故障，从而可以大大减少机器停机时间。

预测是数字孪生的主要特征。例如，数字孪生可用于高精度地预测特定飞机发动机的涡轮叶片的剩余寿命。这允许使用基于状态的维护来管理特定的引擎，而不是使用传统方法浪费时间。它还通过评估运行和环境数据来确定每次飞行或一组飞行后涡轮叶片的剩余寿命。通过这种方式，维护计划变得更加高效，并且极大地有助于延长飞机发动机的使用寿命。

数年来，劳斯莱斯，西门子和其他一些公司也在使用这种数字技术。特斯拉使用数字孪生发送有关其客户汽车的定期更新。

使数字电子产品焕然一新

数字孪生技术于2012年推出，其市场极为广阔且细分市场，见证了许多令人兴奋的趋势。随着物联网的兴起，数字孪生将越来越受到关注。根据Gartner的报告，全球已有13％的组织开始使用数字孪生技术，另有62％的组织表示他们计划在未来十二个月内使用它。预计到2022年，将有超过三分之二的公司在生产中使用数字孪生技术。

数字孪生技术目前的价值为18.8亿美元，预计到2025年底将呈指数增长，达到135亿美元，在预测期间的复合年增长率为32.4％。这项智能技术是目前最赚钱的技术之一。但是，网络攻击的加剧和对此的意识减弱可能会影响未来几年数字孪生技术的增长。

最近，美国政府将大部分预算分配给数字孪生技术，以用于国防部门（尤其是模块化先进武装机器人，XM2010狙击武器系统等）。

2015年，施乐和惠普等公司将重型打印机带入了物联网环境，以方便维护。更进一步，数字孪生可以在很大程度上改善此类产品的设计。数字孪生使用数据，机器学习和物联网来帮助公司优化，创新和提供新服务。当然，数字孪生是工业4.0的未来。

优点

工业界可以通过使用数字孪生技术获得主要优势，下面将介绍其中的一些优势。

实时监控恒定的使用情况和性能数据流

将端到端资产或产品生命周期数据合并到数字线程中

支持新产品即服务业务模型

推动制造，研发，供应链管理，服务和物流领域的创新

医疗保健领域的数字孪生

借助数字孪生，可以通过采用更多数据驱动的医疗保健方法来改善健康，体育和教育方面的生活。医疗保健正在迅速采用数字孪生技术。这里的主要目的是提供数据驱动的个性化医疗。

数字孪生建立在基于计算机或加密模型的基础上，该模型可以创建医疗用途的个人和团体数据。研究人员在疾病，新药和新设备的研究中得到了这些数字表示形式的帮助。数字孪生也有助于加速医疗创新。

将来，这些工具甚至可以帮助医生准确地优化针对患者的治疗计划的效果。简而言之，这项技术可以将拯救生命的创新更快地推向市场，降低医疗成本并提高患者安全性。

数字孪生正在帮助研究肿瘤和开发新药。数字孪生将医院系统虚拟化，以创建一个安全的环境来测试潜在变化对系统性能的影响。医疗保健的交付非常复杂。如今，常识，电子表格和统计信息并不足以使医生做出正确的决策。通过创建医院的数字孪生，他们可以观察到操作性的策略，能力，人员配备和护理提供模式的潜在变化。