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50年前，美国国家航空航天局将其太空舱的全尺寸模型放在手边，以帮助其诊断太空中真实太空舱的问题，并帮助其提出可以与遥远的宇航员沟通的问题解决方案。数字孪生的想法与此非常相似。然而，数字孪生不是构建太空舱或任何其他物理对象的物理模型，而是对仅作为计算机代码存在的对象进行准确的数字模拟。在许多方面，数字孪生与虚拟机相似，因为它是一个数字实体，旨在模仿真实对象的工作方式。但是虚拟机的设计目的是替代真实的物理计算机。相比之下，数字孪生是被设计用来测试和实验的，但最终目的是将从数字孪生获得的任何见解用于数字孪生的物理对应物。一个很好的例子是使用数字孪生的汽车和数字碰撞测试假人。汽车设计师可以通过许多不同类型的碰撞场景，运行汽车和一个或多个假人的数字孪生，并使用来自这些碰撞的数据，最终目的是提高真实汽车设计的安全性。

数字孪生和物联网

创建精确的太空舱、汽车和碰撞测试假人的数字孪生是一项非常复杂的工作，需要研究这些物品的物理特性，然后开发一个精确的数学模型来描述它们及其行为。但对物联网相关人员来说，好消息是，所涉及的事物通常是相对简单的传感器，这些传感器的数学建模可能比太空舱或汽车等复杂的东西更简单几个数量级。这意味着，创建多种物联网设备的数字孪生相对简单、快速，而且至关重要的是，成本低廉。此外，许多物联网环境由大量简单相同的设备组成，如集装箱中的温度或湿度传感器，或车辆中的GPS单元。这意味着，一旦创建了设备的数字孪生，只需制作数字孪生的多个副本并向它们提供数据，就可以创建大量这些设备协同工作的模拟。这可以是人造数据，也可以是现有物理设备接收的数据。正如我们将看到的，这对大规模物联网部署和管理的影响是巨大的。

多个物联网应用

在物联网计划的一开始，数字孪生可以用作设备原型，以帮助微调设备本身及其固件、加密系统和其他软件的精确设计。一旦这个过程完成，数字孪生可以用来帮助优化设备的部署，测试实际需要多少设备，它们应该放在哪里，以及它们应该如何通过各种网络连接到数据收集中心。

测试更新和更改

一旦部署了大量的设备，数字孪生还可以用于测试固件和其他软件补丁和更新，然后再通过无线方式发送给物理设备。当设备之间交互的方式发生变化时，这尤其有用，因为大规模的模拟可以让开发人员在补丁和更新全部部署之前看到结果。数字孪生还可以用来帮助设计和管理网络拓扑的变化，甚至可以用来收集数据。例如，企业可能正在从其数据中心服务器上的物联网设备收集数据，但随着物联网网络的扩展，它可能决定需要将数据发送到云进行收集。在这种情况下，数字孪生可以帮助预测何时需要进行转换，性能可能会受到怎样的积极或消极影响，以及需要多大规模的云资源才能达到所需的数据收集和处理性能水平。

预测孪生

这种在物联网网络中使用数字孪生的方式被称为“预测孪生”。与使用真实数据不同，作为预测孪生的数字孪生网络还可以用于测试不同类型的数据流、增加的数据流量和许多其他情况的影响，以了解对物联网网络的影响，以及未来可能需要什么变化。数字孪生也可以用作预测孪生，因为它们也可以用于预测在许多不同的使用场景下，何时需要维护或更换物理对应物。

数字孪生的价值

由于物联网设备的相对简单性，以及数字孪生可以以低成本或零成本复制这一事实，数字孪生特别适合物联网部署。在不久的将来，数字孪生可能会将为“数十亿种事物”而存在。对于部署物联网的企业来说，数字孪生可能带来的好处是惊人的。在维护、维修和运营和优化物联网资产性能方面，可能节省数十亿美元。