工業物聯網 (IIoT) 使用智能傳感器和執行器來監控、收集、分析和共享數據。工業物聯網和工業 4.0 增加了智能機械的使用，智能機械使用傳感器來自動化流程并通過減少人為干擾來提高效率。這些傳感器產生的大量數據用于深入了解工業流程。不同的基于 AI/ML 的模型會根據這些數據進行訓練，這些模型的輸出是可以對系統進行的升級和更改，以提高效率。將這些升級和更改實施到實際系統中，可能會對關鍵任務系統和流程造成故障或損壞的風險。關鍵任務系統的故障會給行業和公眾帶來很大的損害。此外，如果不確保更改不會導致系統崩潰，傳輸系統等基本服務就不能直接升級或更改。這就是數字孿生發揮作用的地方，它可以幫助行業以更安全、更高效的方式實施這些更改。
數字孿生可以理解為數字世界中物理系統的代理。它是特定行業所擁有資產的數字復制品。將物理屬性與數字屬性連接起來的鏈接稱為數字線程。從工業設置中的不同傳感器和執行器收集的數據用于構建數字副本，使用戶可以訪問物理資產的結構、上下文和行為。可以觀察系統的過去和現在狀況，并在此基礎上預測如果對其進行升級或更改，未來的行為。這不僅節省了時間和金錢，而且還防止了對實際系統的任何損壞。數字孿生可以實現持續的流程改進、設計改進、高效運營、預測性維護和機器的條件狀態。
數字孿生如何改變行業
工業 4.0 就是通過更快地收集、處理和管理數據來實現自動化和數字化。邊緣傳感器正在取代傳統的傳感器技術，以促進更快的數據處理和更快的數據共享。5G 等技術正在慢慢加快步伐，以提高數據傳輸速度和不同節點之間的連接性。整合這些技術仍面臨不同的挑戰，如高投資成本、傳感器兼容性、數據安全性和可擴展性。這些挑戰使得企業主難以在數字化上投入巨額資金。
數字孿生技術解決了上述大部分缺點。現有的物理設置被轉換成數字形式，并通過數字線程連接到現實世界的機器。借助 AI/ML 模型，可以通過從傳感器、過去的統計數據和開源數據中獲取數據，將機器的完整工作映射到數字形式中。該代理機器用于預測實際機器在發生更改時會如何響應。因此，為了整合邊緣傳感器和 5G 兼容性等新技術，實驗是在虛擬世界中進行的，并且只在現實世界中實施最佳解決方案。整個過程節省了時間和成本，還創建了機器的數字副本，可進一步用于數字化。
數字孿生被用于各種行業，包括制造業、能源、交通運輸和建筑業。不同的制造商和服務提供商使用數字孿生來構建飛機發動機、機車、海上平臺和風力渦輪機的代理。這些行業的公司正在投資數字孿生，以優化這些產品的運行和維護。
數字孿生在三個關鍵領域為行業提供了卓越的價值。首先是推動制造流程的改進。從原型設計和實際制造產品，公司可以持續監控實際和預期產出并做出更改，以制造出近乎完美的產品。通過預測生產線故障并采取必要措施實現所需目標，可以優化制造運營。
第二個領域是預防性維護，其中數字孿生可用于分析過去的數據并從實際系統中獲取實時輸入以預測故障并建議預防性維護以防止故障。技術人員可以遠程分析并進行預防性調整，當需要進行物理調整時，技術人員可以遠程分析并提前訂購零件以節省時間。
第三個領域是根據客戶對現有產品和服務的使用情況開發新產品并進入新市場。數字孿生有助于深入了解客戶如何使用產品，以及在新產品設計和制造中可以或應該進行哪些更改以提高市場滲透率，占領新市場并提高客戶滿意度。這可以大大減少公司在市場研究和客戶反饋上的支出。
數字孿生和物聯網的未來發展
將飛機發動機或制造部門的復雜機器進行數字孿生并不是這項技術即將帶來的革命的結束，而只是開始。邊緣計算的進步和強大的邊緣設備正在部署到由私有 5G 等先進網絡系統連接的行業中，這些行業可以使數字孿生的互連成為可能。結果將是一個完整的連接設備鏈，構成一個數字工廠。
例如，新加坡創建了一個完整的城市數字孿生，以跟蹤交通、污染、氣候和城市布局，以便城市管理者可以測試無障礙選項，了解新建筑的潛在影響，管理應急響應并監測城市健康狀況。與此同時，醫生正在創建針對患者的肺部數字孿生，以幫助在治療 COVID-19 患者時做出有關呼吸機使用的決定。
雖然數字孿生仍是一項新興技術，但毫無疑問，它代表著未來。它們在運營、維護、財務、銷售和營銷等部門擁有無數應用程序，可以訪問統一的真實數據源，以預測維護、改進設計、了解使用情況并調整價格。
