Während des berüchtigten Apollo 13-Vorfalls von 1970 donnerten digitale Zwillinge in den Vordergrund der Geschichte. Als das Schicksal von drei Astronauten in der tödlichen Kälte des kosmischen Abgrunds an einem Faden hing, war es die Magie der digitalen Zwillinge, die dazu beitrug, den einzig möglichen Weg zu finden, um Menschen zu retten und das Raumschiff erfolgreich zu landen. Jetzt, ein halbes Jahrhundert später, bleiben digitale Zwillinge eine der vielversprechendsten Technologien und weisen den Weg in eine neue Ära der menschlichen Zivilisation.
In diesem Artikel definieren wir den Begriff "digitale Zwillinge" und veranschaulichen ihn anhand eines kanonischen Beispiels aus dem Bereich der Hausautomation. Wir werden uns auch die reiche Geschichte der digitalen Zwillinge ansehen und herausfinden, warum sie heute so großes Interesse erregen. Abschließend werden wir auf die wunderbaren Perspektiven eingehen, die uns digitale Zwillinge versprechen, und sehen, wie wir - Profis innovativer Technologien - diese glänzende Zukunft mit digitalen Zwillingen und exponentiellen Technologien in ihrer Nähe näher bringen können: künstliche Intelligenz, das Internet der Dinge, gemischte Realität, Robotik und andere. ...
Was sind digitale Zwillinge?
Um das Schicksal des alten Babylon zu vermeiden, müssen wir dieselbe Sprache sprechen, wenn wir über digitale Zwillinge sprechen. Hier ist meine Lieblingsdefinition von digitalen Zwillingen, die aus meiner Sicht prägnant ist und ihre Essenz genau erfasst:
Ein digitaler Zwilling ist ein synchronisiertes virtuelles Modell aller Objekte, Systeme, Personen, Prozesse und Umgebungen. Der digitale Zwilling verfolgt die Vergangenheit und sagt die Zukunft voraus.
Diese kurze Definition enthält einige wichtige Ideen, die ausgearbeitet werden müssen:
- Abstrakte Objekte
Digitale Zwillinge sind nicht auf den Bereich physischer Objekte beschränkt. Sie können auch hochkomplexe Konzepte wie Systeme und Prozesse darstellen. Einer der vielversprechenden Entwicklungsbereiche im Jahr 2020 ist beispielsweise der digitale Zwilling der Regierung. Ein weiteres relevantes Beispiel ist der digitale Zwilling der Ausbreitung eines Virus. -
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Die obige Definition hat uns somit geholfen, die Drei-Wege-Beziehung zwischen digitalen Zwillingen, dem Internet der Dinge, künstlicher Intelligenz und maschinellem Lernen zu identifizieren: Der digitale Zwilling verwendet künstliche Intelligenz zur Informationsverarbeitung von Daten, und das Internet der Dinge bietet einen massiven Informationsfluss für die datenhungrige künstliche Intelligenz. Künstliche Intelligenz wiederum verleiht dem Internet der Dinge ein intelligenteres Verhalten, das für einen sicheren Betrieb in der realen Welt erforderlich ist, in der die Fehlerkosten aufgrund des physischen Risikos für Personen und Sachwerte höher sind. Erinnern wir uns an diese Beziehung - wir werden später ihre Auswirkungen untersuchen.
Kanonisches Beispiel für digitale Zwillinge
Ein klassisches Beispiel für digitale Zwillinge ist das Smart-Building-Konzept. Stellen Sie sich einen Konferenzraum mit zahlreichen IoT-Geräten vor: einen Raumpräsenzsensor, einen Eingangs- / Ausgangssensor, einen intelligenten Thermostat, intelligente Möbel (die erkennen können, ob Sitzplätze belegt sind), eine Konferenzkamera, mit der anwesende Personen gezählt werden können usw. Alle diese Technologien sind wertvoll, aber wir brauchen möglicherweise eine Antwort auf eine einfache Frage: "Ist der Konferenzraum besetzt oder frei?" Daher können wir aus diesem Konferenzraum einen digitalen Zwilling erstellen, der Daten von allen darin enthaltenen intelligenten Geräten sammelt und den Raum auf einer höheren Abstraktionsebene von der Domäne eines intelligenten Gebäudes beschreiben kann, um die ursprüngliche Frage zu beantworten.Wir können die Hierarchie der intelligenten Gebäude weiter verbessern und alle Räume auf einer Etage zu einem digitalen Zwilling dieser Etage zusammenfassen, um beispielsweise Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen zu steuern. Als nächstes gehen wir zur Ebene des digitalen Zwillings des gesamten Gebäudes, wo wichtige Fragen des Schutzes und der Sicherheit geregelt werden. Es gibt auch den dynamischen Aspekt digitaler Zwillinge: Aufzüge, die von einer Etage zur nächsten fahren können, und Personen, die von einem Raum in einen anderen ziehen oder sich Jobs teilen. Die von den digitalen Zwillingen gesammelten Daten verfügen über Vorhersagefunktionen zur Vorhersage der Überlastung des Aufzugs und des Raumbedarfs basierend auf der Tageszeit und dem Wochentag.Als nächstes gehen wir zur Ebene des digitalen Zwillings des gesamten Gebäudes, wo wichtige Fragen des Schutzes und der Sicherheit geregelt werden. Es gibt auch den dynamischen Aspekt digitaler Zwillinge: Aufzüge, die von einer Etage zur nächsten fahren können, und Personen, die von einem Raum in einen anderen ziehen oder sich Jobs teilen. Die von den digitalen Zwillingen gesammelten Daten verfügen über Vorhersagefunktionen zur Vorhersage der Überlastung des Aufzugs und des Raumbedarfs basierend auf der Tageszeit und dem Wochentag.Als nächstes gehen wir zur Ebene des digitalen Zwillings des gesamten Gebäudes, wo wichtige Fragen des Schutzes und der Sicherheit geregelt werden. Es gibt auch den dynamischen Aspekt digitaler Zwillinge: Aufzüge, die von einer Etage zur nächsten fahren können, und Personen, die von einem Raum in einen anderen ziehen oder sich Jobs teilen. Die von den digitalen Zwillingen gesammelten Daten verfügen über Vorhersagefunktionen zur Vorhersage der Überlastung des Aufzugs und des Raumbedarfs basierend auf der Tageszeit und dem Wochentag.Die von digitalen Zwillingen gesammelten Daten verfügen über Vorhersagefähigkeiten, die die Überlastung des Aufzugs und die Nachfrage nach Zimmern je nach Tageszeit und Wochentag vorhersagen.Die von digitalen Zwillingen gesammelten Daten verfügen über Vorhersagefähigkeiten, die die Überlastung des Aufzugs und die Nachfrage nach Zimmern je nach Tageszeit und Wochentag vorhersagen.
Dieses Beispiel zeigt, dass digitale Zwillinge darauf ausgelegt sind, bestimmte Geschäftsziele zu erreichen, z. B. die Maximierung der Bürofläche in Verbindung mit der Steigerung der Kundenzufriedenheit durch genaue Vorhersagen der Flächenverfügbarkeit (was Kunden vor einer schlechten Erfahrung schützt, wenn sie in einem vollen Büro ankommen). Wenn sich Geschäftsziele ändern, hat dasselbe reale Objekt unter anderem einen anderen digitalen Zwilling.
Geschichte der digitalen Zwillinge
Die erste Verwendung des Begriffs "Digital Twin" entstand in einem NASA-Bericht über Modellierung und Simulation aus dem Jahr 2010 ( https://www.nasa.gov/pdf/501321main_TA11-MSITPDRAFT-Nov2010-A1.pdf)). Die im Bericht beschriebene Technik wurde im Hinblick auf die Notwendigkeit entwickelt, eine ultrarealistische Simulation eines Raumfahrzeugs während des Aufbaus, der Tests und der Flüge zu erstellen. Der digitale Zwilling war ein natürliches Ergebnis der Forschung der NASA während des Mercury-Programms, das seit den späten 1950er Jahren Zwillinge hervorbringt. Damals wurden Simulationen auf analogen Computern durchgeführt, die später in der ersten Hälfte der 1960er Jahre auf digitale Mainframes umgerüstet wurden. Das Foto unten zeigt das Startsimulationszentrum für Apollo-Raumfahrzeuge Ende der 1960er Jahre - zu diesem Zeitpunkt liefen 15 Simulatoren auf 8 Großrechnern.
Zusätzlich zu den erweiterten Simulationsfunktionen verfügte die NASA über ein System zur Übertragung hochdetaillierter Telemetriedaten vom Apollo-Raumschiff. Die hochwertige Simulation in Kombination mit der durch Echtzeit-Telemetrie erstellten "Live Copy" -Funktion ermöglicht es uns, den NASA-Fall ohne Übertreibung als den ersten echten digitalen Zwilling zu betrachten.
Digitale Zwillinge heute
Zurück zur Neuzeit sollte angemerkt werden, dass die wachsende Popularität digitaler Zwillinge in ihrem modernen Sinne mit dem Höhepunkt der Popularität des Internet der Dinge und der künstlichen Intelligenz in einer Art Technologie-Reifezyklus (Hype Cycle) von Gartner zusammenfiel. Beachten Sie, dass sowohl IoT als auch maschinelles Lernen im Gartner Hype Cycle 2015 einen hohen Stellenwert haben.
Im Jahr 2016 traten digitale Zwillinge in den Gartner Hype Cycle ein und standen bis 2018 ganz oben auf der Kurve.
Die enge Beziehung zwischen dem Internet der Dinge und digitalen Zwillingen ist jedoch kein Zufall. Wie wir bereits festgestellt haben, erweckt das Internet der Dinge den digitalen Zwilling durch Echtzeit-Telemetrie zum Leben, die von den entsprechenden Geräten übertragen wird. Es ist das Internet der Dinge, das eine physische Einheit und ihren digitalen Zwilling verbindet und ihnen hilft, zusammenzuarbeiten, um die Geschäftsziele eines bestimmten Szenarios zu erreichen.
Was können Sie mit digitalen Zwillingen erstellen?
Digitale Zwillinge konnten im letzten Jahrhundert ihre Superkräfte demonstrieren, und die Astronauten von Apollo 13 sind ein lebendiges Beispiel dafür. Stellen wir uns vor, wie viele Leben digitale Zwillinge mit Hilfe moderner Technologien wie künstlicher Intelligenz mit ihrer Magie des tiefen Lernens, Wolken mit ihren grenzenlosen Computerressourcen und dem Internet der Dinge, das jedem Bewohner der Erde bald näher kommen wird, zum Besseren verändern können. Die menschliche Zivilisation braucht die Hilfe leistungsfähiger Technologien wie digitaler Zwillinge, um ihre schwerwiegendsten Probleme zu bewältigen: schwere Krankheiten und Klimawandel, Nahrungsmittel- und Wohnungsmangel, unvollkommene Gesundheitssysteme und Altenpflege, Armut und Ungleichheit usw.
Für uns High-Tech-Profis ist dies eine Gelegenheit, Einzelpersonen und großen Unternehmen die erstaunlichen Vorteile digitaler Zwillinge näher zu bringen. Der Einstieg in digitale Zwillinge ist nicht so schwierig, und es gibt viele Möglichkeiten, dies zu tun: Wenden Sie Ihre Erfahrungen mit Cloud-Technologien an oder nutzen Sie Ihr Wissen über die Datenverarbeitung. Möglicherweise sind Sie ein Domain-Experte, der versucht, digitale Zwillinge in einem vertikalen Szenario zu implementieren. Die Arbeit mit digitalen Zwillingen erfordert die gemeinsame Anstrengung einer Vielzahl von Menschen - und nicht nur technischer -, da moderne exponentielle technologische Lösungen in einer kollaborativen Umgebung gedeihen. Das neue Interesse an digitalen Zwillingen, das im vergangenen Jahr einsetzte, wird erst in Zukunft zunehmen.Die ersten Beispiele für die Implementierung moderner digitaler Zwillinge wurden bereits vorgestellt, und wir können von Tag zu Tag neue erwarten. Einige Technologieanbieter haben bereits digitale Zwillinge auf ihren Plattformen, z. B. Azure:https://azure.microsoft.com/services/digital-twins/ Die
aktuelle Generation digitaler Zwillingsdienste in Azure unterstützt die komplexen Domänenmodelle, die im obigen Architekturdiagramm dargestellt sind. Darüber hinaus wurde auf der jüngsten Microsoft Build 2020-Veranstaltung die bevorstehende Veröffentlichung der nächsten Generation von Azure Digital Twin-Diensten angekündigt.
Abschließend müssen wir bereit sein, unseren Kunden zu helfen, ihre Digital Twin-Initiativen als Technologieentwickler erfolgreich umzusetzen. Was wirst DU mit digitalen Zwillingen erschaffen, um dein Leben zum Besseren zu verändern?
Autor: Podnozov Andre, Senior Consultant
Andrey lebt in Seattle und arbeitet als IoT-Architekt bei Luxoft, einem DXC-Technologieunternehmen. Er unterstützt Kunden bei der erfolgreichen Implementierung von IoT-Lösungen zur Unterstützung ihrer Initiativen zur digitalen Transformation. Andrey verfügt über mehr als 20 Jahre Erfahrung in verteilten und Cloud-Technologien sowie Forschungserfahrung in wissenschaftlichen und kommerziellen Umgebungen. Als Mitarbeiter von zwei der größten Cloud-Anbieter ist Andrey sowohl in Azure als auch in AWS als Architekt zertifiziert. Kürzlich half er Microsoft bei der Erstellung einer neuen Zertifizierungsprüfung, AZ-220: Azure IoT Developer Specialty.