cms建站系统 开源,游戏软件开发公司简介,网络架构分析,网店美工的意义来源#xff1a; 脑极体 今天我们介绍一个在产业界如火如荼#xff0c;但大众还非常陌生的概念#xff1a;数字孪生#xff08;Digital Twin#xff09;。在解释这一晦涩难懂的概念前#xff0c;我首先想到了一个人#xff0c;前苏联著名的昆虫学家、数学家和哲学家——… 来源 脑极体 今天我们介绍一个在产业界如火如荼但大众还非常陌生的概念数字孪生Digital Twin。在解释这一晦涩难懂的概念前我首先想到了一个人前苏联著名的昆虫学家、数学家和哲学家——柳比歇夫。在26岁那一年他独创了一种“时间统计法”可以通过记录每天做的每件事情所花销时间经过统计分析进行每月小结和年终总结以此来改进工作方法计划未来事务从而提高对时间的利用效率。这一“时间统计法”他沿用了56年直到逝世。那么他的学术成果呢确实非常惊人一生发布了70多部专著。但他并不是一个整日钻进书斋里的老学究从那本《奇特的一生》中可以看到他的业余时间非常充裕甚至每天只需工作几个小时他还能完成大量的社交、旅行还有休闲。讲到这里做自媒体的我们可能都会觉得非常惭愧。言归正传这里讲到柳比歇夫和他的“时间统计法”是因为这一方法跟今天要讲的“数字孪生”非常相似。他几乎忠实的记录了每天所有事物的时间精确到多少时长。这就仿佛在日记本上完全复刻了一个柳比歇夫的数字分身。我们通过观看他的这本时间笔记就能知道他这一生做了哪些事情。如果再将这些记录输入电脑做出数据表格打上各种标签我们就可以对其完成的各类事情进行准确的分类统计和分析。如此我们就能建立一个更多维度的柳比歇夫。想一想这一办法用在我们身上是不是也可能产生“奇迹”。不过“数字孪生”的野心更大其想实现的是对整个物理世界的完整的数字映射。双11这天中国国际高新技术成果交易会发布了工信部的《数字孪生应用白皮书2020版》。借着这一白皮书的发布时机我们一起来聊聊数字孪生这一概念和其可能所带来的应用场景和产生的产业变革影响。数字孪生为物理世界“复制”一个虚拟数字分身“数字孪生”Digital Twin这一概念正式提出是在NASA的2010年的一份技术报告当中当时给出的一个狭窄定义是“集成了多物理量、多尺度、多概率的系统或飞行器仿真过程”接下来“数字孪生”概念和相关技术主要应用在航空航天领域的飞行器健康管理包括像机身设计与维修飞行器能力评估飞行器故障预测等应用当中。不过 “孪生”的概念在20世纪60年代就已经出现当时美国NASA在“阿波罗计划”中构建了两个相同的航天飞行器其中一个发射到太空执行任务另一个留在地球上用于反映太空中航天器在任务期间的工作状态从而辅助工程师分析处理太空中出现的紧急事件。此时两个航天器都是真实存在的物理实体也就是还未形成“数字孪生”的概念。到2003年左右美国密歇根大学教授Grieves首次在“产品的全生命周期管理”课程上提出了“数字孪生”的设想只是当时称之为“Conceptual Ideal for Product Lifecycle Management”PLM的主要构想就是在虚拟空间构建一套数字模型可以与物理实体进行交互映射完全描述物理实体全生命周期的运行轨迹。现在随着数字化技术在消费互联网和产业互联网的深入应用“数字孪生”概念和技术得到了更加广泛地推广和应用。在2019年“数字孪生”这一术语已经被Gartner列为2019年十大战略性技术趋势之一。如何来理解“数字孪生”概念呢从国际标准化组织的定义来看数字孪生是具有数据连接的特定物理实体或过程的数字化表达该数据连接可以保证物理状态和虚拟状态之间的同速率收敛并提供物理实体或流程过程的整个生命周期的集成视图有助于优化整体性能。通俗来讲就是针对物理世界的实体通过数字化手段构建一个数字世界中的“完整分身”能够和物理实体保持实时的交互联接借助历史数据、实时数据以及算法模型等通过模拟、验证、预测、控制物理实体全生命周期过程实现对物理实体的了解、分析和优化。从企业的角度来看就是对企业资产和流程进行数字化表示从而了解、预测和优化业务流程以改善业务成果。从以上定义可以看到数字孪生所具有的特征包括1、互操作性即数字孪生中的物理实体和数字空间的虚拟实体能够双向映射、动态交互和实时连接。2、可扩展性即数字孪生技术具备集成、添加和替换的能力能够针对多尺度、多物理、多层级的数字模型内容进行扩展。3、实时性即数字化虚拟实体可对物理实体进行随时间轴变化而进行实时状态的数字表征。4、保真性即数字化虚拟实体与物理实体保持在样态、状态、相态和时态上的高度仿真。5、闭环性即数字化虚拟实体可以描述物理实体的可视化模型和内在机理以便对物理实体状态数据进行监视、分析、推理、优化工艺参数和运行参数实现决策功能形成闭环性。以上是对“数字孪生”概念和技术特征的理论介绍我们可以用一个切实的例子就可以理解这项技术。假如宇航员要在外太空执行一项非常紧急又事关空间站安危的舱外修复任务如果环境特别危险也没有机会进行预演和试错那么我们该怎么办如果我们有一套整个空间站的数字孪生系统宇航员就可以模拟出一个和现实状况一样的虚拟环境进行反复试验直到找出最好的操作方式和流程甚至最终可以直接将这套方案输入太空机器人的程序中交给机器人用精确无误的方式完成舱外修复任务避免人为试错的巨大风险。如此我们就可以理解数字孪生的实现特点和重要价值了。那么数字孪生可以应用在哪些领域呢“万物皆数据”无处不及的数字孪生应用场景当前在国内外复杂的经济政治格局下数字经济在推动经济发展提高劳动生产率培育新市场和产业新增长点实现包容性增长和可持续增长等诸多方面都在发挥着重要作用。根据最新数据2019年数字经济占据我国GDP的比重已经达到36.2%数字经济增加值规模达到35.8万亿元。数字孪生作为数字经济当中一项关键技术和高效能工具可以有效发挥其在模型设计、数据采集、分析预测、模拟仿真等方面的作用助力推进产业数字化促进数字经济与实体经济融合发展。现在得益于物联网、大数据、云计算、人工智能等新一代信息技术的发展数字孪生在各领域得到越来越广泛的应用实施。图源《数字孪生应用白皮书2020版》下同通过这一白皮书的介绍我们可以重点从工业制造、智慧城市以及智慧医疗这三个重要场景来了解下数字孪生的应用。在工业制造领域存在的一大问题就是因信息多源、异构、异地、分散形成的信息孤岛难以发挥信息数字化的价值。数字孪生为工业生产建立起了可以投射物理设备的虚拟空间能够仿真复杂的制造工艺实现产品设计、制造和智能服务等闭环优化。比如在工业产品世界中虚拟的数字孪生空间可以预先完成产品的部件设计修改、尺寸装配等模拟工作不需要实际生产和验证从而大幅降低产品的验证工作和工期成本。在制造生产中为避免意外事故可以在虚拟数字空间中进行设备诊断、过程模拟等仿真预测从而防止现场故障、生产异常产生的严重后果。另外一套完整的数字孪生的制造系统相比较传统的制造系统具有生产要素多样、动态生产路径配置、人机物自主通信、自组织和可数据支撑决策等特点可以统筹协调系统内外部变化实现资源能源优化配置。在智慧城市建设中面临着新型技术聚合式创新的技术瓶颈推动智慧城市的有机融合的统一ICT架构模块尚未实现城市运行和治理的水平有量的提升而没有质的飞跃同时推动智慧城市建设的市场和行政的边界尚不清晰资源共享和业务系统机制没有建立起来。数字孪生城市的提出正是要在将城市的人、物、事件等所有要素数字化在网络空间再造一个相对于的“虚拟城市”形成物理实体世界和信息维度的数字虚拟世界的共生共存、虚实结合的一种形态。借助数字孪生城市可以提升城市的整体规划质量提前谋划、科学验证避免不切实际的规划也提升规划的效率。基于全城市要素的数据可以推动以人为核心的城市设计、交通规划等具体到设计层面可以实现1:1复原城市原貌空间进行细化颗粒度到建筑、道路、管线、设备等底层规划具体到施工层面可以进行工程施工的可视化管理和环境的实时监测。另外在城市管理上借助数字孪生技术可以建设数字驾驶舱以数字化方式展现现在城市运营态势实现城市管理决策协同化和智能化推动像虚拟交互、智慧服务等城市公共服务系统。在智慧医疗的建设上一系列移动监测、移动诊室、无线远程会诊、智慧处方、医疗信息云存储等智能技术手段的应用正在提升城市医疗的覆盖面提升医疗资源分配的效率。未来数字孪生技术在实现全社会“电子医疗”服务体系中将发挥重要作用。比如基于患者的健康档案、就医史、用药史、智能可穿戴设备监测数据等信息可在云端为患者建立“医疗数字孪生”在生物芯片、增强分析、边缘计算、人工智能等技术的支撑下模拟人体运作实现对医疗个体健康状况预测分析和精准医疗诊断。通过“医疗数字孪生”可以实现对患者的精准医疗实时的健康监测管理和远程医疗从而实现医疗监护设备的小型化发展智慧家庭健康保健、健康监护大幅降低城市公众医疗负担缓解城市医疗资源紧缺的压力。当然除了像一开始介绍的航空航天领域数字孪生还可以被广泛应用于电力、船舶、交通、农业、建筑、石油天然气、环境保护等几乎所有行业可谓是数字经济的未来“基石”。支撑万亿规模的市场变革数字孪生的未来产业图谱在这本白皮书当中对数字孪生产业的相关版图进行了极为详尽的介绍。而我们只能管中窥豹式的进行一番产业版图的速览来看下数字孪生技术将具有怎样的产业影响力。数字孪生的产业版图可以从其技术生态系统的图谱来了解白皮书将数字孪生划分为“基础支撑”、“数据互动”、“模型构建”、“仿真分析”、“共性应用”、“行业应用” 6大核心模块对应从设备、数据到行业应用的全生命周期。目前国内外主要厂商主要有建模业务、仿真业务、平台业务、行业服务业务四大类。在基础支撑层面主要是可以构建数字孪生基础的物联网终端提供芯片、传感器业务等厂商。目前来说现在全球所有芯片巨头都将物联网芯片作为未来的主要战场物联网传感器也是众多美国、日本、德国半导体公司争夺的主要市场。另外像监控设备这样的边缘设备我国的企业具有比较强的优势。在数据互动层数字孪生的构建需要通过软件定义的工具和平台提供支持目前这些工具和平台主要都掌握在国际的软件巨头手中比如Bentley 的 iTwin Service ANSYS 的 TwinBuilder微软的 Azure达索的3D Experience 等。在仿真分析层为数字化模型中融入物理规律和机理的计算、分析等能力必须使用到仿真软件包括像CAD、EDA等工业仿真软件和像交通、物流领域的复杂系统仿真软件。目前我国在仿真软件的国产化上还无法达到国外一线产品的水平。在模型构建层在我国主要进行数字化建模服务的企业以国有测绘企业为主市场规模目前达到数百亿但提供测绘数据服务的软件仍以采购国外软件为主。在共性应用层也同样依靠国外主流的这几家软件工具和平台提供支持虽然目前还缺乏融合数字孪生综合功能需求的一体化平台出现但是不同行业、应用场景的边界正在打通。在支撑技术层面向云计算、人工智能、边缘计算、安全等技术领域的企业都在从其自身优势领域切入数字孪生的产业布局中。在行业应用层聚集了数千家国内外企业针对各行业需求的数字孪生技术提供包括像智慧城市、交通、水利、工程、工业生产、能源、自动驾驶、公共应急等领域的各种应用服务有些行业市场规模都普遍超千亿智慧城市更是一个综合规模上万亿的巨无霸市场。整体上仍然是具有基础软件平台的企业有先发优势和实力而像国内的一些制造企业也在积极部署数字孪生系统开始推进这一惠及万亿规模产业变革的新蓝海。根据Gartner 的研究截至2019年1月进行物联网建设的企业中已有13%的企业实施了数字孪生项目还有62%的企业正在实施或者有计划实施。无论是数字孪生的产学研生态还是在各行业中的产业应用数字孪生正在全面开花成为无论是产业互联网还是新基建等宏观布局中重要的技术支撑。也是在2019年初凯文·凯利在《连线》杂志发文提出“镜像世界”的概念。他把“镜像世界”当作互联网历史上第三次划时代意义的的技术平台第一次是PC上将信息数字化的万维网第二次是移动时代将人类数字化的社交媒体第三次就是将整个世界数字化的“镜像世界”。以此来看凯文·凯利的“镜像世界”更多是站在大众角度对于“数字孪生”概念的一次演绎而数字孪生本身就是推动这场“镜像世界”加速到来的底层力量。未来智能实验室的主要工作包括建立AI智能系统智商评测体系开展世界人工智能智商评测开展互联网城市云脑研究计划构建互联网城市云脑技术和企业图谱为提升企业行业与城市的智能水平服务。 如果您对实验室的研究感兴趣欢迎加入未来智能实验室线上平台。扫描以下二维码或点击本文左下角“阅读原文”
