提升物联网体验的关键:数字孪生+区块链
作者 | 至顶网2022-03-28

时至今日,物联网已经成为人尽皆知的重要概念,并在全球范围内掀起一波新的技术浪潮,但与之对应,数字孪生的知名度明显没那么高。所谓数字孪生,是指利用物联网设备传回的数据流构建而成的数字化空间。除了区块链与人工智能等新兴技术,数字孪生对于下一次工业革命也有着至关重要的推动作用,因此预计2023年相关行业总值将达到133亿美元。

数字孪生——物联网的核心所在

数字孪生,是指通过计算机程序为物理世界建立一套数字化表示,而这里的计算机程序需要使用来自现实世界及周边环境的数据流建立起模拟模型,用以预测产品或流程的运作效果、同时避免物理对象发生故障,最终降低实际成本。数字孪生可以通过预测分析、监控与研究不同场景下的各类行为提供准确预判,根据2017年德勤与毕马威发布的《炒作之外:解读工业4.0与数字孪生》报告,数字孪生技术有望彻底颠覆众多现有流程。

“如果说二十一世纪下的信息就是新的石油,那么分析工具就是新的内燃机。”——Peter Sondergaard

要成功实现数字孪生,一大前提就是保证素材信息可靠无误且尽可能准确。此外,信息安全也应得到有力保障,因为这类内容一旦外泄、往往会引发巨大的经济损失。正因如此,区块链作为可行的解决方案才格外值得关注,并成为数字孪生发展中不可或缺的好伙伴。

提升物联网体验的关键:数字孪生+区块链

在物联网领域,一切数据必须牢牢把握两个基本点:可访问、可理解,而数字孪生的普及趋势也正是由此而发。随着物联网设备的普及,数字孪生能够大大简化应用流程,依靠从容稳妥的数据流处理能力容纳更多现实世界中各位置或对象的实时信息。换句话说,数字孪生就如同一种中介,负责将来自物理世界的数据与需要使用这些数据的应用程序对接起来,再以数字化方式加以呈现。

提升物联网体验的关键:数字孪生+区块链

如前所述,物联网设备收集的所有数据必定要汇聚于一处;在拥有数字孪生副本的情况下,副本自然就是这个汇聚目标。以此为基础,包含大量数据并可以放心作为“事实来源”的数字孪生就成为后续应用程序和软件集成的理想平台。目前,数字孪生技术的开发和创建主要面向三大用途:

  • 数字孪生原型(DTP):

在创建最终实体产品之前,首先制作一份数字版本以观察其行为与运作方式。

  • 数字孪生实例(DTI):

在产品创建完成后,可以利用数字孪生测试不同调整路线与不同使用场景,规避高昂的实体测试成本。

  • 数字孪生聚合(DTA):

通过一组预设的分析技术、先决条件等从DTI提供的信息当中确定产品功能。

区块链与数字孪生

为了提高效率、更充分的发挥数字孪生优势,各数字孪生副本之间必须相互连通、建立体系。正因为如此,数字孪生与对应的资产必须具备可识别性,保证顺利检测并与之交互。目前的一类前瞻性解决方案采用集中式模型,其中由集中式平台负责各数字孪生副本的注册、身份管理与授权,借此将副本引入公共网络。但这还只是过渡方案,最终目标应该是建立起去中心化的行业生态,摆脱中心化平台对身份与数据的管理、进而消除商业垄断的可能性。考虑到这一点,将区块链技术与数字孪生相结合才显得如此重要。区块链高透明度、去中心化的数据存储加上数字孪生安全、可靠的数据交互,再辅以智能合约功能,有望在实现自动运营的同时、将系统效率和安全性提升至新的水平。

提升物联网体验的关键:数字孪生+区块链

数字孪生所使用的收集信息还必须具备不可变属性,确保实际发生的一切、由谁执行、数据变更内容等均有明确记录并可随时追溯,这就避免了传统数据库常被网络攻击侵扰的问题。如此一来,数字孪生信息将被存储在数据链内,并用以验证数据来源与数据内容。另一方面,如前文所述,这些特性与智能合约结合之后,即可通过自动化流程将各数字孪生副本连通起来、进而建立协作体系。这样的系统再匹配机器学习技术,即可达成行为预测、安全分析、全局/全球连接等意义更为深远的发展目标。

区块链技术与数字孪生结合的优势,在数字安全层面也有充分体现。各数字孪生副本间的去中心化匹配和连接,将大大提高攻击活动突破安全层和数据层的难度。而且一旦被发现,恶意攻击者将被立即清除出链。另外,区块链的介入也将使实时数据分析成为可能,大大提高预测的准确性与及时性。同时,数据完整性、正确性及抗篡改性也将得到显著增强,再配合更好的数据存储方式与可追溯性,无疑有益于后续研究与进一步分析。

数字孪生的优势与用例

正如麦肯锡公司所言,数字孪生的应用有望将简略提升达20%。数字孪生有助于解释物联网设备收集到的数据,进而以更灵活、更高效的方式衡量业务KPI。此外,数字孪生还能为当前正在发生的一切建立全局视图,同时立足不同场景重建模拟环境,由此消除以往只能借助物理或真实环境进行的实体模拟,显著降低成本并实现系统优化、最终迅速提升投资回报率。可以说,只要掌握了正确数据,数字孪生就能帮助我们对新方案开展分析、预估和测试,无需高昂成本即可建立起新的商业模式。

数字孪生对应的另外一些商业用例则面向制造商,例如汽车制造厂。福特公司就为旗下生产的各款车型开发出七套数字孪生副本。另一方面,医疗保健行业也受到技术发展的推动,为患者创建的数字孪生能够提供模拟环境,帮助医师预先测试诊疗方案的潜在效果。接下来是能源部门,他们可以利用数字孪生获得更高效的设计方案,据此调优以增强系统效率。最后则是智慧城市,新加坡与上海都已建立起完整的数字孪生副本,用以改善能源利用率、交通流量等……在数字孪生的支持下,我们朝着所能想象的智慧城市目标再次迈出坚实的一步。

无论大家是否接受元宇宙这个概念,数字孪生都将在这片充满未知的天地中作出贡献。这个全新的纯数字世界在互联与安全层面提出诸多需求,而相应的解决方案必须以增强现实或虚拟现实的形式呈现。在数字孪生的帮助下,研究人员可以将真实数据引入这片虚拟世界,在现实的启迪下为最终用户提供更加身临其境的体验。


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