數(shù)字孿生技術(shù)如今在工業(yè)環(huán)境中很受歡迎，因此了解數(shù)字孿生概念是如何定義以及如何部署至關(guān)重要。
物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備是一種通過互聯(lián)網(wǎng)將數(shù)據(jù)從一個地方傳輸?shù)搅硪粋�地方的硬件（通常是傳感器）。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的類型包括傳感器、執(zhí)行器以及更復(fù)雜的計算機設(shè)備。
數(shù)字孿生（Digital Twins）是物理對象的軟件表示。數(shù)字孿生必須包含它所代表的物理對象的唯一標識符。然而，只有在添加了附加信息（例如位置、溫度、濕度等感官信息）和驅(qū)動能力（開／關(guān)燈）之后才能實現(xiàn)其目的。數(shù)字孿生通常會包含額外的輔助數(shù)據(jù)，例如設(shè)備的固件版本、配置、校準和設(shè)定點數(shù)據(jù)等。
當談到驅(qū)動時，人們經(jīng)常將數(shù)字孿生稱為其物理表示的“影子”，以強調(diào)驅(qū)動始終是事務(wù)性的這一事實。例如，數(shù)字孿生改變其設(shè)備狀態(tài)（關(guān)閉或打開）的意圖需要向設(shè)備發(fā)送特定命令，在成功完成驅(qū)動之后需要將其傳遞回調(diào)用者。
數(shù)字孿生有時也被稱為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的虛擬表示，它們并不完全相同。需要仔細了解這兩個類別，因為它們之間的差異實際上比人們想象的要大。
物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和數(shù)字孿生代表的是同一件事嗎？當事情大致相同時可能是。
公用事業(yè)公司的業(yè)務(wù)通常包括能源（電力、天然氣）和水的調(diào)配和管理。而在公用事業(yè)網(wǎng)絡(luò)中部署連接設(shè)備，并收集有助于更有效和可靠地提供服務(wù)的數(shù)據(jù)，可以創(chuàng)建新的服務(wù)和商業(yè)模式。以物聯(lián)網(wǎng)自動化和分析軟件年代商Waylay公司為例，該公司提供的解決方案發(fā)揮了重要的集成作用。在這個例子中，一家公用事業(yè)公司決定為客戶提供一個平臺，用戶可以通過這個平臺檢查他們的能源和水的消費情況，并設(shè)置警報和閾值進行提醒。
在這一示例中，公用事業(yè)公司將智能儀表與LPWAN物聯(lián)網(wǎng)傳感器連接以測量用水量。其自動化規(guī)則的創(chuàng)建基于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)查看物理對象的客戶門戶，并且相當簡單，因為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、物理對象及其數(shù)字孿生存在一對一的對應(yīng)關(guān)系。
讓我們再看一個更加復(fù)雜的例子，假設(shè)想在一臺設(shè)備上部署幾個物理物聯(lián)網(wǎng)傳感器。每個物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備都可以提供氣壓、溫度、能耗等信息。在這種情況下，無法定義代表設(shè)備的單個物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。必須考慮所有連接的物聯(lián)網(wǎng)傳感器／設(shè)備的組合輸入，以獲得其相關(guān)對象的完整視圖。當將物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備放置在更復(fù)雜設(shè)備的不同部分時，人們不僅對這些物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中的每一個單獨測量的內(nèi)容感興趣，而且對它們揭示的整個底層對象的信息感興趣。在這種情況下，數(shù)字孿生成為其所在環(huán)境中物理對象的虛擬表示。它反映了來自物聯(lián)網(wǎng)傳感器的數(shù)據(jù)以及對設(shè)備性能有影響的環(huán)境條件。
在下面的例子中，法國能源商ENGIE公司使用Waylay公司的自動化技術(shù)為其智能電氣柜設(shè)計了一個解決方案。ENGIE Smart Cabin解決方案基于安裝在電壓單元上的一組傳感器來監(jiān)控高壓電氣柜的電源和關(guān)鍵參數(shù)。這一解決方案還可以監(jiān)控機柜內(nèi)部的溫度、濕度和門禁。傳感器數(shù)據(jù)首先通過IoT Sigfox網(wǎng)絡(luò)傳輸，然后由Waylay平臺收集和處理數(shù)據(jù)，以檢測異常或電源中斷、生成警報并升級警報以進行快速干預(yù)。此外，客戶還可以通過Smart Cabin儀表板獲得實時狀態(tài)視圖。
在這個用例中，多個物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備（傳感器）被部署在一個電氣柜中，可以將其轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋�智能電氣柜。這些設(shè)備通過Sigfox網(wǎng)絡(luò)將傳感器讀數(shù)傳輸?shù)絎aylay平臺。高壓電氣柜的電壓方案及其物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的部署位置如下圖所示：
ENGIE公司的Smart Cabin解決方案
在這個項目中，Waylay平臺解決了以下挑戰(zhàn)：
ENGIE公司的Smart Cabin自動化規(guī)則
當人們談?wù)?a class="channel_keylink" href="/search.asp">物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序的可擴展性時，通常會從存儲容量、查詢時間、流攝取率等方面考慮。一個經(jīng)常被忽視但確實非常重要的問題是配置過程的可擴展性。Waylay平臺的供應(yīng)API部分提供了解決方案，但還可以提供更多幫助。Waylay平臺的數(shù)字孿生概念基于JSON模式，可以針對任何特定的垂直領(lǐng)域進行擴展。Waylay的數(shù)字孿生概念類似于面向?qū)ο缶幊蹋∣OP）世界中的類／對象關(guān)系。它使數(shù)字孿生能夠利用繼承和關(guān)系建模。
Waylay平臺的另一個獨特功能是能夠?qū)?a class="channel_keylink" href="/search.asp">自動化規(guī)則與一類數(shù)字孿生相關(guān)聯(lián)，而不是與數(shù)字孿生的單個實例相關(guān)聯(lián)。這使得Waylay平臺的配置過程和新用例的實施極其快速、高效和可擴展——通常也稱為零接觸配置。
最重要的是，自動化規(guī)則可以在運行時訪問所有數(shù)字孿生配置，這允許平臺用戶（設(shè)置供應(yīng)流程的人員）還可以定義客戶特定的設(shè)置，例如自定義閾值設(shè)置、SMS通知號碼、電子郵件地址等。
在向工業(yè)4．0過渡的過程中使用數(shù)字孿生概念帶來了具體的挑戰(zhàn)。在選擇合適的數(shù)字孿生技術(shù)和相應(yīng)的自動化平臺時，需要考慮以下七項要求：
（1）數(shù)字孿生表示不僅與物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備有關(guān)，還必須涵蓋更廣泛的抽象能力。
（2）必須允許數(shù)字孿生解決方案對物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備之間的關(guān)系進行建模�？蛻魬�(yīng)該能夠創(chuàng)建特定于其垂直或用例的新數(shù)字孿生模型。
（3）自動化平臺必須提供一個配置基礎(chǔ)設(shè)施，可以支持創(chuàng)建數(shù)字孿生，并將其與不同的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備相關(guān)聯(lián)（包括建模關(guān)系）。
（4）在這些“復(fù)合”對象上創(chuàng)建自動化場景（規(guī)則）應(yīng)該是無縫的——也就是說，自動化模板應(yīng)該可以分配給這些對象，而不僅僅是分配給物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備之間的任何特定關(guān)系都應(yīng)在配置過程中自動解決。例如，故障或維護任務(wù)應(yīng)適用于空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)（HVAC）實體，而不適用于空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)（HVAC）的特定傳感器／傳感測量。
（5）一般來說，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備應(yīng)該能夠在不同的時間發(fā)送數(shù)據(jù)，因此流數(shù)據(jù)的無縫合并必須是可能的。
（6）自動化規(guī)則必須能夠訪問配置數(shù)據(jù)（例如運行時的閾值交叉），這些配置會隨著時間而改變。在運行時，所有自動化規(guī)則都必須了解這些更改。
（7）物聯(lián)網(wǎng)平臺應(yīng)允許最終用戶在數(shù)字孿生資產(chǎn)系列上創(chuàng)建自動化規(guī)則，這應(yīng)在配置時完成。這強制要求不同的HVAC系列需要不同的規(guī)則，這些規(guī)則應(yīng)該只配置一次，而不是在單個資產(chǎn)上配置。
在這篇文章中介紹了數(shù)字孿生概念，其中數(shù)字孿生與其物理表示相差不遠，而數(shù)字孿生則作為現(xiàn)實世界物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的反映而存在。
最近，很多人開始討論數(shù)字孿生應(yīng)用在虛擬世界中的場景。在這個世界中，數(shù)字孿生用于模擬現(xiàn)實并允許對不同的“假設(shè)”場景進行建模，這些場景稍后可以由數(shù)字孿生的物理代表應(yīng)用于現(xiàn)實世界。而模擬的想法并不新穎，長期以來，工程師一直在飛行模擬中使用這些技術(shù)，在設(shè)計渦輪機時對動態(tài)流動進行建模，或者在對人群流動進行建模為城市規(guī)劃者提供這些技術(shù)。數(shù)字孿生增加的新穎性是實施場景的可塑性，其具有廣泛的應(yīng)用，并利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的最新進展。數(shù)字孿生如今才開始走上激動人心的旅程，人們可以期待在未來可以看到更多的模擬應(yīng)用。
原文標題：Challenges of Creating Digital Twins in the Transition to Industry 4．0，作者：Veselin Pizurica
