What is Digital Twin? How does it work?
什麼是數位孿生？ 它是如何工作的？
3S 立承系統科技智慧測溫、工廠影像監控系統
本文探討了企業為何以及何時應考慮建構自定義數位孿生，以及在開始數位孿生開發項目之前需要考慮的事項。
什麼是數位孿生？
的數位雙床聯合會定義了一個數位雙為「真實世界的實體和過程的虛擬表示，在指定的頻率和保真度同步」。
數位孿生技術使用設計、工程、地理空間和營運數據，來表示物理對象/設施和相關系統。數位孿生使用支持物聯網的感測器，來收集和處理機器學習 (ML) 模型中使用的資產數據。
除了實體資產，數位孿生技術還可用於複製流程，以收集數據，以預測其性能、遠端控制實體對像等。
數位孿生與標準 3D 模型的不同之處，在於它與即時數據流相關聯，這使其能夠隨著現實生活中的對應物而發展。
這意味著它可以即時提供，對正在發生的事情的準確分析，並檢查未來的表現並評估潛在的風險。這為提高效率、降低成本、簡化流程等創造了新的機會。
為了更好地了解數即孿生技術的採用水準，讓我們看一下其當前的市場統計數據和未來的預測。
什麼是數位孿生？
通常有三種類型的數位孿生：
通常有三種類型的數位孿生：
根據 Research & Markets 的說法，推動當今組織採用數位孿生的關鍵因素是：
- 人工智慧 (AI) 技術、數據科學和工業物聯網 (IIoT) 的演進，
- 數位健康與製造解決方案的快速發展，
- 對預測性維護和即時監控數據的需求增加，
- 需要縮短上市時間並改進決策，
- 生產優化和成本節約等的需求。
說到阻礙數位孿生技術大規模採用的限制因素，物聯網和雲平台的廣泛使用，導致的數據安全是主要因素之一。
隨著過去十年對關鍵雲基礎設施的網路攻擊激增，網路安全已成為工業自動化用戶和供應商的主要關注點。因此，對連接到雲的數據安全性日益成長的威脅，預計將成為數位孿生市場成長的主要障礙。
有效設計和佈署數位孿生的另一個主要挑戰，是缺乏對實施數位孿生的成本效益的認識。
儘管存在障礙，Gartner在 2020 年調查的公司中有 31% 表示，他們已經在使用數位孿生，透過實施遠端資產監控、控制和追踪，來提高員工或客戶的安全性。
用於數據收集、分析和明智決策的數位孿生。
這三種類型的數位孿生的組合和整合被稱為數位線程。這可以透過從所有產品生命週期階段，和生產收集數據，來整合到其他產品中。
長期以來，創建數位孿生的成本很高。公司需要聘請全職開發人員和工程師，並投資於複雜的軟體。測試和數據可視化是有限的。然後，混合現實技術和可穿戴設備脫穎而出，通透過簡化數位孿生的創建，改變了遊戲規則。
數位孿生的好處因使用時間和地點而異。例如，使用數位孿生來監控現有產品，例如風力渦輪機或輸油管道，可以降低維護成本，並節省數百萬的相關成本。
數位孿生還可用於在生產前創建原型，減少產品缺陷並縮短上市時間。
數位孿生的常見好處包括：
- 透過即時監控和模擬，提高系統可靠性、可用性和整體性能。
- 減少因故障而發生事故和計劃外停機的風險。
- 透過在故障發生之前預測故障，並確保定期維護和維修工作，不會影響生產目標，從而降低維護成本。
- 透過分析自定義模式，並透過即時性能測試確保產品品質來持續改進。
數位孿生可以使用擴增實境 (AR) 和遊戲技術（例如 Unity），來訓練具有合成感測器數據的駕駛員輔助系統。每個場景的詳細演練有助於驗證安全要求，並建構可以在駕駛員不在場的情況下，正確響應的車輛。
現在，讓我們仔細看看各個行業和領域的數位孿生用例。
不同領域的數位孿生用例
製造業中的數位孿生
製造商使用數位孿生來優化從端到端供應鏈到營運、品質管理和客製化製造的一切。在實際構建產品之前，測試多個解決方案有助於確定最佳成本、服務和容量選項。組織可以透過確定最佳的二級供應源，來最大程度地減少中斷的影響。
查看 HackerNoon 對我們嵌入式研發部門技術總監的採訪。
波音公司使用數位孿生模型，來預測各種零組件的性能。這使得第一次的品質提高了 40%，從而節省了開發時間和金錢。該公司使用物聯網感測器，來實現完美的負載平衡，確保每次航班都能運送完美數量的貨物。
借助數位孿生，製造公司可以提高可靠性和效率。他們可以不斷學習，並幫助避免未來的問題。
醫療保健中的數位雙胞胎
醫療部門在器官捐贈、手術培訓和降低手術風險方面，受益於數位孿生技術。數位孿生系統還模擬人流通過醫院，並追踪可能存在感染的位置，以及可能有接觸風險的人。
Dassault Systèmes 團隊創建了一個虛擬的人類心臟，用於開發新的醫療設備和分析藥物安全性。林雪平大學醫院的研究人員創建了疾病的數位孿生，包括乳癌和流感，以改善診斷和治療。
房地產中的數位孿生
據安永稱，採用數位孿生可以將房地產營運成本降低多達 35%，減少碳排放，提供更健康的工作場所，並增強用戶體驗。
據 TechWire Asia 稱，在所有已經使用客製化數位孿生的房地產公司中：
50% 報告永續性和彈性增加，
35% 報告建築維護和營運效率增加；
30% 承認生產力提高，並且
15% 承認更好的空間利用率。
不同領域的數位孿生用例
如何建構數位孿生？
數位孿生是複雜的解決方案，因此專業公司通常將其建構和管理，作為其研發和客製化產品開發價值主張的一部分。數位孿生開發公司負責數位孿生的整個生命週期。他們還提供客製化的機載數據收集平台和應用、儀表板，以及利用數位孿生技術力量的工具。
尋找合適的技能和經驗
你的組織可能已經意識到數據和數位化的價值，但可能沒有充分利用它的內部能力和能力。
透過將數位孿生開發和數據處理和分析，外包給技術解決方案公司，你可以專注於他們提供的見解的實際應用。
了解數位孿生生命週期，將幫助你了解自定義數位孿生軟體開發公司，需要哪些功能。
數位孿生工具包開發
開發階段包括建構一個工具包，該工具包可用於為各種資產，創建獨特的數位孿生。
工具包開發是數位孿生生命週期中最困難的部分。它通常由高度專業化的數據科學家、機器學習專家等在研發中完成。
開發工作涉及收集有關資產實體特性、營運環境，以及資產營運條件的資訊。此外，還需要從資產中自動收集的數據，來開發所需的機器學習方法。結果是一個數學模型，可用於對資產的行為和性能進行建模。
數位孿生設計
開發數位孿生體有兩個主要要素。首先，你需要選擇將實體資產，整合到其數位孿生中所需的支持技術，以實現來自物聯網設備的即時數據流，並與手術室整合。
你必須清楚地了解，創建資產的 3D 表示，需要哪些設備和建模軟體，以及誰可以訪問數位孿生中的資訊，或通過它獲得對實體資產的控制權。
安全地管理 IoT 設備，對於克服與辨識網路上的設備相關的風險非常重要。
它提供了對每個設備進行身份驗證、配置、監控和管理的功能。基於身份的 IoT 平台使你能夠快速、安全地大規模執行此操作。
這導致了第二個設計元素。你必須了解在資產的整個生命週期中，需要什麼類型的資訊、這些資訊的儲存位置，以及如何訪問和使用這些資訊。資訊必須是結構化的和可重用的，以便它可以在系統之間快速有效地交換。
基於身份的物聯網平台，可以管理數位孿生中每個項目的身份，並提供消息傳遞服務以自動實現這些人、系統和對象之間的安全通信。
創建獨立的數位孿生
獨立的數位孿生，可用於監控一項特定資產的關鍵指標或狀態，例如 HVAC 或環境系統。它們還可用於將關鍵的建築工地元素與其原始設計相匹配。
獨立的數位孿生通常包含少量數據源。此時，你可以使用來自其他來源的準確「原樣」數據創建雙增強工具包。例如，來自 CAD 系統、3D 模型或雷射掃描生成的點雲的數據，可用於與感測器輸出相關聯。
創建重複的數位孿生
複製數位孿生的數位建模有助於防止出現實際問題。連接到雲的智慧組件可以收集感測器數據，允許即時狀態分析，並與以前的指標進行比較。
複製的數位孿生，包含表示整個資產所需的所有重要，且可衡量的數據源。
Standalobe 數位孿生元素可以組合以形成複製模型。在這裡，模型的粒度對於你的需求來說可能過於詳細。確保你的目標很明確，這樣你就不會收集太多的數據。
數據庫驅動的 BIM 模型，為複製模型提供了極好的基礎。開發 BIM 是為了加強建築行業的協作。它還提供單一的真實數據來源平台，允許靈活查看數據。這些功能還將幫助數位孿生模型，在正確的時間向正確的人提供正確的資訊。隨著物理對應物的變化，軟體分析和人工智慧將更新數位雙胞胎。
利用重複數位孿生的潛力，涉及從感測器和儀表板，轉移到實體資產的高級虛擬表示，這會增加複雜性的風險。
創建增強型數位孿生
數位孿生可以遠遠超出單個設備或單個建築物。數位孿生的未來取決於規模。
增強型數位孿生擴展到，包括來自連接站點的其他數據源。這將包括來自外部來源的相關環境數據，以及來自外部分析和算法的資訊。
系統越複雜，管理和控制其所有組件就越困難。這就是為什麼數位雙胞胎為未來的互聯城市帶來巨大機會的原因。他們將提供你優化人員、規劃和資源所需的數據和分析。
最後的想法
數位孿生有很多好處，因為它們可以改善流程和產品的行為，這通常意味著更高效的營運。
數位孿生使我們能夠預測未來的潛在問題。這減少了產品缺陷，並縮短了生產時間。
數位雙胞胎透過即時資訊，幫助改進和優化生產流程。它們有助於減少由於潛在錯誤，導致的計劃外停機時間並減少事故數量，使我們能夠模擬各種可能的情況。
數位孿生技術通過執行預防性維護任務，來幫助降低維護成本。它透過模擬和檢測故障和低效，提供了持續改進的機會。
數位孿生是一個偉大的工業 4.0 工具，你需要利用它才能成為面向未來的組織。
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