在向工业4.0过渡期间创建数字双胞胎的挑战物联网设备和数字双胞胎的概念物联网设备是一种硬件（通常是传感器），它通过互联网将数据从一个地方传输到另一个地方。物联网设备的类型包括传感器、执行器和更复杂的计算设备。数字孪生是物理对象的软件表示。数字双胞胎必须包含它所代表的物理对象的唯一标识符。然而，其目的只能在添加额外信息（例如位置、温度、湿度等感官信息）和驱动能力（开/关灯）后才能实现。数字双胞胎通常会包括额外的辅助数据，例如设备的固件版本、配置、校准和设定点数据等。在执行方面，人们通常将数字双胞胎称为其物理表示的“影子”，以强调事实上，驱动始终是事务性的。例如，数字孪生要更改其设备状态（关闭或打开）的意图需要向设备发送特定命令，该命令需要在驱动成功完成后传回给调用者。数字孪生有时被称为物联网设备的虚拟表示，它们并不完全相同。这两个类别需要仔细理解，因为它们之间的差异实际上比人们想象的要多。IoT设备和数字双胞胎是否代表同一事物？可能当事情或多或少相同时。公用事业通常从事能源（电力、天然气）和水的分配和管理。在公用事业网络中部署互联设备并收集有助于更高效、更可靠地提供服务的数据，可以创建新的服务和商业模式。以物联网自动化和分析软件提供商Waylay为例，其解决方案发挥着重要的集成作用。在这个例子中，一家公用事业公司决定为客户提供一个平台，用户可以通过该平台查看他们的能源和水消耗量，并设置警报和阈值以进行提醒。在此示例中，一家公用事业公司将智能仪表与LPWAN物联网传感器连接起来以测量用水量。其自动化规则的创建基于用于查看物联网设备数据中的物理对象的客户门户，并且相当简单，因为物联网设备、物理对象及其数字孪生之间存在一对一的对应关系。让我们看一个更复杂的例子，当物理对象、物联网设备和数字孪生之间的对应关系被打破时，假设您想在单个设备上部署多个物理物联网传感器。每个物联网设备都可以提供气压、温度、能耗等信息。在这种情况下，无法定义代表设备的单个IoT设备。必须考虑所有连接的物联网传感器/设备的组合输入，以获取其关联对象的完整视图。当将IoT设备放置在更复杂设备的不同部分时，人们不仅对这些IoT设备中的每一个单独测量的内容感兴趣，而且对它们揭示的有关底层对象的整体信息感兴趣。在这种情况下，数字孪生是其环境中物理对象的虚拟表示。它反映了来自物联网传感器的数据以及对设备性能有影响的环境条件。在下面的示例中，法国能源公司ENGIE使用Waylay自动化技术为其智能电气柜设计了一个解决方案。ENGIESmartCabin解决方案基于安装在电压单元上的一组传感器，用于监控高压电气柜的电源和关键参数。该解决方案还监控机柜内的温度、湿度和访问控制。传感器数据首先通过IoTSigfox网络传输，然后由Waylay平台收集和处理，以检测异常或断电，生成和升级警报以进行快速干预。此外，客户还可以通过智能客舱仪表板获得实时状态视图。在这个用例中，多个物联网设备（传感器）部署在一个电气柜中，可以变成一个智能电气柜。这些设备通过Sigfox网络将传感器读数传输到Waylay平台。高压电气柜的电压方案及其物联网设备的部署位置如下图所示：ENGIE的SmartCabin解决方案在这个项目中，Waylay平台解决了以下挑战：来自不同物联网传感器的数据必须从分钟传输在几个小时的异步时间范围内合并。自动规则是通过组合来自不同传感器的读数形成的。每个传感器都有自己的作用（相对于其他传感器，不仅仅是简单的“复合/聚合”关系）每个电气柜都有多个自动化规则。如果发生事故，可能需要针对不同的电气柜通知不同的人员或角色。必须配置每个电气柜，并且必须使用其传感器组自动实例化逻辑。所有配置都必须通过API提供并从无代码门户运行。该解决方案应允许在配置设备后立即应用规则，而无需提前发送数据。动态发现方案应允许根据检测到的传感器数量创建规则。如果不应该部署某些传感器（每个电气柜都有自己的特定要求或限制），则必须根据数字双胞胎的“完整性”自动调整自动化规则。ENGIE的SmartCabin自动化配置数字孪生的规则——零接触配置当人们谈论物联网应用的可扩展性时，他们通常会从存储容量、查询时间、流摄取率等方面考虑。一个经常被忽视但确实存在的问题重要的问题是配置过程的可扩展性。Waylay平台的ProvisioningAPI部分提供了一个解决方案，但还有更多帮助。Waylay平台的数字孪生概念基于JSONSchema，可以扩展到任何特定的垂直领域。Waylay的数字孪生概念类似于面向对象编程(OOP)世界中的类/对象关系。它使数字孪生能够利用继承和关系建模。Waylay平台的另一个独特功能是能够将自动化规则与一类数字孪生相关联，而不是与数字孪生的单个实例相关联。这使得Waylay平台的新用例的配置过程和实施极其快速、高效和可扩展——通常也称为零接触配置。最重要的是，自动化规则可以在运行时访问所有数字孪生配置，这允许平台用户（设置供应过程的人）也可以定义客户特定的设置，例如自定义阈值设置、短信通知号码、电子邮件地址等。.向工业4.0过渡中对数字孪生的七项要求在向工业4.0过渡中使用数字孪生概念提出了具体挑战。在选择合适的数字孪生技术和相应的自动化平台时，需要考虑以下七大需求：（1）数字孪生表征不仅与物联网设备相关，还必须涵盖更广泛的抽象能力。(2)必须允许数字孪生解决方案对物联网设备之间的关系进行建模。客户应该能够创建特定于他们的垂直或用例的新数字双胞胎。(3)自动化平台必须提供能够支持创建数字孪生及其与不同物联网设备的关联（包括建模关系）的供应基础设施。(4)在这些“复合”对象上创建自动化场景（规则）应该是无缝的——也就是说，自动化模板应该可以分配给这些对象，而不仅仅是物联网设备。物联网设备之间的任何特定关系都应在配置期间自动解决。例如，故障或维护任务应适用于HVAC实体，而不适用于HVAC的特定传感器/传感测量。(5)一般来说，物联网设备应该能够在不同的时间发送数据，因此流数据的无缝合并必须是可能的。(6)自动化规则必须能够访问随时间变化的配置数据（例如运行时的阈值交叉点）。在运行时，所有自动化规则都必须知道这些更改。(7)物联网平台应允许最终用户在数字孪生资产系列上创建自动化规则，这应该在配置时完成。这强制要求不同的HVAC系列需要不同的规则，这些规则应该只配置一次，而不是针对单个资产。未来的发展在这篇文章中，引入了数字孪生的概念，其中数字孪生与其物理表示相距不远，并且作为现实世界物联网设备的反映而存在。最近，很多人开始讨论数字孪生在虚拟世界中的应用。在这个世界中，数字孪生被用来模拟现实，并允许对不同的“假设”场景进行建模，这些场景稍后可以通过数字孪生的物理表示应用于现实世界。虽然模拟的想法并不新鲜，但工程师们长期以来一直在飞行模拟中使用这些技术，在设计涡轮机时模拟动态流动，或者在模拟人流时告知城市规划者。数字孪生的另一个新颖之处在于实施场景的可塑性，它具有广泛的应用并利用了物联网技术的最新进展。数字双胞胎现在才刚刚开始他们激动人心的旅程，人们可以期待在未来看到更多的模拟应用。原标题：ChallengesofCreatingDigitalTwinsintheTransitiontoIndustry4.0，作者：VeselinPizurica
