[論文レビュー] Emergence of Digital Twins

Shoumen Datta|arXiv (Cornell University)|Oct 15, 2016

Digital Transformation in Industry被引用数 45

ひとこと要約

本論文は、情報技術（IT）、オペレーショナルテクノロジー（OT）、およびプロトコルに依存しない通信の統合によって可能となる、デジタルツイン—物理的システムの動的デジタルレプリカ—がデジタルトランスフォーメーションにおいて変容的概念として浮上していると提唱する。主な貢献は、リアルタイムの透明性とスケーラブルな展開を可能にするために、意味的相互運用性、エッジアナリティクス、グローバルインフラが重要なエンablerであると特定することにある。

ABSTRACT

Multiple forms of digital transformation are imminent. Digital Twins represent one concept. It is gaining momentum because it may offer real-time transparency. Rapid diffusion of digital duplicates faces hurdles due to lack of semantic interoperability between architectures, standards and ontologies. The technologies necessary for automated discovery are in short supply. Progression of the field depends on convergence of information technology, operational technology and protocol-agnostic telecommunications. Making sense of the data, ability to curate data and perform data analytics at the edge (or mist rather than in the fog or cloud) is key to value. Delivering engines to the edge are crucial for analytics at the edge when latency is critical. The confluence of these and other factors may chart the future path for Digital Twins. The number of unknown unknowns and the known unknowns in this process makes it imperative to create global infrastructures and organize groups to pursue the development of fundamental building blocks and new ideas through research.

研究の動機と目的

• 物理的およびデジタルシステム全体にわたりリアルタイムの透明性を実現するデジタルツインの役割を分析すること。
• 特にアーキテクチャ、標準、オントロジー間の意味的相互運用性に課される障壁を特定すること。
• スケーラブルなデジタルツイン展開のための情報技術（IT）、オペレーショナルテクノロジー（OT）、および通信技術の統合の必要性を強調すること。
• 基盤的構成要素と革新的なソリューションを開発するためのグローバル研究基盤の構築を提唱すること。
• エッジ（またはミスト）コンピューティングが、デジタルツインシステムにおける低遅延なデータキュレーションとアナリティクスに不可欠であると位置づけること。

提案手法

• 情報技術（IT）、オペレーショナルテクノロジー（OT）、およびプロトコルに依存しない通信技術を統合するコンvergenceモデルを提唱し、シームレスなデジタルツイン運用を可能にする。
• 異種システム間の相互運用性課題を克服するための自動発見技術の必要性を強調する。
• クラウドやフォグではなく、エッジ（ミスト）にアナリティクスエンジンを配置することで、リアルタイムアプリケーションにおける遅延を低減することを提唱する。
• デジタルツインからの価値抽出のため、エッジにおけるデータキュレーションとリアルタイムデータアナリティクスの重要性を強調する。
• 協働研究グループと統合されたグローバルインフラを通じて、研究主導の基本的構成要素の開発を呼びかける。
• オントロジーと意味的標準が、機械読取可能で相互運用可能なデジタルレプリカを実現する役割を強調する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 複雑な物理的システムにわたり、デジタルツインがどのようにリアルタイムの透明性を達成できるか？
• RQ2 デジタルツインシステムの意味的相互運用性を妨げる技術的およびアーキテクチャ的障壁は何か？
• RQ3 なぜエッジアナリティクス（ミスト）が、クラウドやフォグコンピューティングよりも低遅延のデジタルツインアプリケーションに適しているのか？
• RQ4 グローバル研究基盤は、デジタルツインの基盤的コンポーネントの発展において果たす役割は何か？
• RQ5 デジタルツインエコシステムにおけるエッジでのデータキュレーションとリアルタイムアナリティクスを効果的に実装する方法は何か？

主な発見

• 既存のアーキテクチャ、標準、オントロジーが一貫した統合を欠いているため、意味的相互運用性は依然として主要な障壁のままである。
• 自動発見技術が欠如しているため、デジタルツインエコシステムのスケーラビリティと動的構成が制限されている。
• 低遅延なリアルタイム意思決定を可能にするために、エッジベースのアナリティクス（ミスト）は不可欠である。
• デジタルツインの進展は、プロトコルに依存しない通信プロトコルを用いたIT、OT、通信技術の統合に依存している。
• デジタルツイン開発における未知の未知数と既知の未知数の数が、協働的なグローバル研究とインフラ開発の必要性を示唆している。
• データキュレーション、意味論、システム統合に関する未解決の課題に対処するため、基礎的研究と協働的イノベーションの両方が必要である。