В последние несколько лет в контексте Интернета вещей (IoT) можно все чаще можно встретить термины Digital Twins (Цифровые двойники) и Device Twins (Двойники устройств), которые описывают создание виртуальных моделей физических объектов или процессов, но они имеют различные сферы применения. В силу их внешней схожести часто происходит путаница. Давайте попробуем разобраться, чем являются эти понятия в индустрии IoT.
Digital Twins
Цифровой двойник представляет собой комплексную виртуальную модель физического объекта, процесса, системы или услуги. Это может включать в себя здания, машины, производственные линии, логистические системы и др.
Цель состоит в симуляции и анализе поведения объекта в виртуальной среде, что позволяет оптимизировать производственные процессы, предсказывать неисправности, улучшать продукты и услуги и многое другое.
Цифровые двойники часто используются в промышленности, автомобильном производстве, строительстве, здравоохранении и других отраслях.
Примеры
Промышленное производство: в производственных цехах цифровые двойники могут использоваться для моделирования и оптимизации всего производственного процесса. Они собирают данные от различных машин и оборудования на производственной линии, позволяя определять узкие места, прогнозировать неисправности и оптимизировать эффективность.
Умные города: цифровые двойники могут быть использованы для моделирования инфраструктуры города, включая дорожные сети, системы водоснабжения, и электроснабжения. Это помогает городским планировщикам принимать более обоснованные решения и оптимизировать городские услуги.
Здравоохранение: в медицине, цифровые двойники пациентов могут быть созданы с использованием их медицинских данных, что позволяет врачам лучше понимать их состояние здоровья, моделировать воздействие лекарств и разрабатывать персонализированные планы лечения.
Device Twins
Device Twins, чаще всего, являются специализированным подмножеством концепции Digital Twins, которое ориентировано на IoT устройства.
Этот термин обычно относится к виртуальной модели конкретного IoT устройства, которая синхронизируется с реальным устройством. Это позволяет отслеживать текущее состояние устройства, его конфигурации и другую метаинформацию.
Device Twins используются для управления, мониторинга и диагностики IoT устройств на расстоянии.
Примеры
Умный дом: в системах умного дома, каждое устройство, такое как термостат, освещение, или датчик безопасности, может иметь свой собственный Device Twin. Это позволяет пользователям управлять и мониторить состояние устройств дистанционно через мобильное приложение.
Сельское хозяйство: в современном сельском хозяйстве, IoT устройства, такие как датчики влажности и системы автоматического полива, могут иметь Device Twins. Это позволяет фермерам мониторить и оптимизировать условия роста растений, управляя устройствами на поле дистанционно.
Промышленные роботы: роботы, используемые на производственных линиях, могут иметь свои Device Twins, что позволяет операторам мониторить состояние и производительность роботов, а также обновлять их конфигурацию удаленно.
В чем отличия
Digital Twins шире по сфере применения и может включать в себя моделирование целых систем или процессов, в то время как Device Twins более специфичен и фокусируется на отдельных IoT устройствах.
Device Twins чаще всего используется для управления и мониторинга устройств, тогда как Digital Twins часто применяется для оптимизации и анализа производственных процессов и систем.
Что общего
Обе концепции включают в себя создание виртуальных моделей физических объектов.
Они используются для симуляции, мониторинга, анализа и управления реальными объектами или процессами.
И Digital Twins, и Device Twins обычно используют данные с IoT устройств.
Стандарты
Стандартизация важна для совместимости технологий, возможности перенести объекты из одной среды в другую, повторно их использовать и пр.
В Digital Twins самая массовая организация – Digital Twin Consortium. Она развивает и продвигает идеи Digital Twins, и объединяет усилия других организаций, вовлеченных в эту сферу: oneM2M, ETSI, 3GPP и пр. Более полно о стандартах Digital Twins – в этой книге.
С Device Twins на сегодняшний день ситуация иная: их используют крупнейшие провайдеры IoT – AWS и MS Azure, но в проприетарном, хотя и очень похожем виде.
Примеры совместного использования
Современный дата-центр
Дата-центр – наиболее понятный объект для людей из сферы ИТ. Он цифровизирован и автоматизирован, давайте на его примере рассмотрим совмествную работу Digital Twins и Device Twins. Для дата-центра использование Digital Twins и Device Twins может быть особенно полезным для мониторинга, управления и оптимизации работы оборудования и инфраструктуры. Вот как это может работать на практике:
Шаг 1: Создание Device Twins
Для каждого физического устройства в дата-центре, такого как серверы, хранилища, сетевые коммутаторы, и системы кондиционирования воздуха, создается Device Twin.
Например, для сервера Device Twin может отслеживать текущую загрузку процессора, использование памяти, температуру, статус вентиляторов и другую информацию.
Для системы кондиционирования воздуха, Device Twin может отслеживать температуру, влажность, и эффективность охлаждения.
Шаг 2: Агрегация данных с Device Twins
Данные собираются со всех Device Twins в дата-центре и передаются в центральную систему управления.
Шаг 3: Создание Digital Twin дата-центра
С использованием данных от всех Device Twins, создается Digital Twin всего дата-центра. Этот Digital Twin моделирует все аспекты работы дата-центра, включая:
Распределение ресурсов среди серверов.
Оптимизацию энергопотребления.
Моделирование воздушных потоков для оптимизации охлаждения.
Прогнозирование потребности в обслуживании оборудования.
Шаг 4: Анализ и оптимизация
С использованием Digital Twin, операторы дата-центра могут анализировать работу инфраструктуры в реальном времени и проводить симуляции для оптимизации производительности и эффективности.
Например, если Digital Twin показывает, что определенная зона дата-центра перегревается, операторы могут решить перераспределить нагрузку или настроить системы охлаждения для этой зоны.
Шаг 5: Применение изменений
На основе анализа и оптимизации с использованием Digital Twin, реальное оборудование в дата-центре может быть сконфигурировано или настроено соответствующим образом для улучшения производительности и эффективности.
В итоге, использование Device Twins и Digital Twin в совокупности позволяет не только мониторить состояние отдельных устройств в дата-центре, но и анализировать и оптимизировать работу всего дата-центра как единой системы.
Connected car
Каждое устройство внутри современного автомобиля (например, двигатель, трансмиссия, сенсоры, системы управления) может иметь свой собственный Device Twin, который отслеживает состояние и параметры этого конкретного устройства. Однако, когда мы соединяем все эти Device Twins вместе и моделируем, как они взаимодействуют друг с другом в рамках всего автомобиля, мы, по сути, создаем Digital Twin автомобиля.
В этом случае Digital Twin автомобиля может использоваться не только для мониторинга и управления состоянием отдельных компонентов, но и для симуляции и анализа поведения всего автомобиля в различных условиях. Это может быть полезно для оптимизации производительности, увеличения эффективности потребления топлива, предсказания необходимости обслуживания, и многого другого.
При этом все зависит от целей. Если необходим Digital Twin автомобиля для моделирования крэш-тестов, то одних данных от Device Twins будет недостатчно – нужны физические свойства силового каркаса, стекол, подушек безопасности и пр.
Заключение
Device Twins и Digital Twins могут дополнять друг друга. Наличие Device Twins в системе существенно облегчает и поддерживает процесс создания Digital Twins, особенно в сложных системах, где множество устройств взаимодействуют между собой. Device Twins предоставляют детальную информацию о состоянии, конфигурации и поведении отдельных устройств. Эти данные могут быть интегрированы в Digital Twin для моделирования более крупных систем или процессов.
Таким образом, Device Twins служат важным строительным блоком для создания Digital Twins, предоставляя необходимые данные и взаимосвязи на уровне устройства, которые могут быть масштабированы до уровня системы или процесса.
