工业元宇宙来了吗?清华系团队元能星泰说有4个阶段

此次分享为4月21日传商《元宇宙生态系列活动》第十期,由元飞船媒体支持。

今天我们的主题是“工业 元宇宙——唤醒巨人”。首先,大家可能都知道,“元宇宙”这个概念起源于一个小说《雪崩》,其实就是指一个完全虚拟的世界,通过一些虚拟现实交互技术,结合我们一些前沿的科技打造一个完全仿线月份,微软首次提出了企业元宇宙的概念,要推动企业客户实现数字世界与现实世界的融为一体的愿景。那么什么是数字孪生呢?其实数字孪生就是元宇宙的一个重要组成部分,或者说是定义是:结合计算机、网络通信等数字技术,打造一个数字版的现实世界的“克隆体”。

数字孪生和元宇宙的概念,现在是社会上的一个热点,国家也出台了相应的一些政策来推动产业元宇宙的一个发展。我们面向的客户,主要是一些大的能源企业以及一些重资产企业,他们也出台了一些相关的数字化或者说数字孪生建设的指导意见。

我们将工业元宇宙定义为下一代的全真工业互联网。工业元宇宙应该由三部分组成的,包括工业互联网,数字孪生技术,以及基于数字孪生的利用泛XR交互技术来提高用户体验来构成的工业元宇宙载体。

数字孪生,我们定义它是数字化的终极形态,也是元宇宙的基础设施。数字孪生,是在信息化到数字化发展的基础上,融合高算力、人工智能和数理逻辑的产物,是数字化发展的终极目标,也是工业元宇宙的基础设施。在数字孪生体空间物理映射模型与机理映射模型协同作用下,一系列基于XR的工业元宇宙应用才得以构筑。

数字孪生主要的任务就是打通物理世界跟数字世界之间的映射跟互动。数字孪生除了与它真实空间中的本体形似(包含产品规格、几何模型、材料性能、仿真数据等信息),能模拟实际运行以外,还能通过安装在本体上的传感器反馈回来的数据,反映实际运行状况,乃至改变本体的状态。数字孪生体最大的特点在于它是对实体对象的动态仿真,它是会“动”的。“动”的依据来自本体的物理设计模型,还有本体上面传感器反馈的数据,以及本体运行的历史数据。本体的实时状态,还有外界环境条件,都会复现到“孪生体”身上。除了“会动”之外,数字孪生有三个特点“全生命周期”、“实时”、“双向”。

MetaStar元能星泰的远期愿景,是要面向能源工业元宇宙,利用数字孪生技术,打造下一代的生产运行系统和监控平台。我们认为,数字化是一个量变的过程,随着数字化技术的不断迭代,不断的发展,数字孪生是一个自然而然会产生的一个质变。数字孪生是数字化技术发展到终极的形态技术,数字孪生融合泛XR交互体验,就可以打造迈向元宇宙的一个场景。

我们认为,数字孪生就是数字化终极形态,而数字化其实是由信息进化而来的。信息化系统运行了这么多年,它已经基本完成了它的一个历史使命,即通过信息化我们能够得到了海量的信息化数据,包括实时的和历史的数据。同时我们也具备了基于大数据处理的能力,能够对这些数据进行处理、分析和挖掘,形成更有价值的信息。

但同时信息化系统也有它自身的一些缺陷,比如可视化程度不高、交互方式繁琐,场景融合程度低,物理设备与数字化模型融合程度低,系统使用学习成本高,经验理论与实际作业容易存在理解偏差。另外随着大量的信息化系统的建设,包括数据孤岛、烟囱效应等一 系列问题都会大量产生。这些都是需要数字化的技术来解决这些问题。

第一个就是全要素的物理场景映射,要对孪生对象建设一个从空间到数据上的1:1还原的数字化镜像;

第四,我们面向的是一个工业数字孪生场景,我们不可避免地对它的一些重要系统和重要设备进行仿真和模拟来提高我们运监控的能力和预判故障分析的能力,因此我们会集成大量的运行机理仿真以及AI的算法仿真,提供实时仿真能力支持。

最后,数字孪生是虚实映射的。正向来说,数字孪生是我们对物理世界进行虚拟化的映射;同时,我们也希望能够通过数字孪生技术,在虚拟世界中对现实世界进行一个反向的控制。结合仿真和人工智能技术,我们也能得到系统和设备运行的优化方案和策略,并对物理世界实现反馈控制。

数字孪生场景的建设的价值,对于工业场景来说,首先能够真正提升运维人员对现场掌控的能力,也能帮助管理人员延伸业务场景触角。同时,结合大数据、人工智能、实时仿真算法,可以固 化专家逻辑知识,降低人员培训的成本和难度,同时充分利用数据的价值,结合行业知识图谱,打造工业智能大脑。另外,结合泛XR交互手段,可以提供全交互感知的元宇宙体验。

数字孪生技术跟我们传统的信息化技术,以及初级阶段的数字化技术相比,是一个传承、迭代和进化关系,既有传承也有区别。真正意义的数字孪生,一定不是在现有信息化体系基础上,单纯增加一个与现有业务系统平行的可视化界面 —— 这种直接粗暴增添可视化界面的方式,也并没有结构性地提升数据有效性与承载利用上限,也与实际生产脱节。

我们通过速度孪生的技术,我们打造出一个数字化的一个底座。孪生的应用是基于数字化的数字孪生的底座来进行一个建设的,而不是原有的信息化基础上面去进行横向扩展或者说进行上层建筑,而是我们从底层就打破了它原来构建的方式。在MetaStar元能星泰的理念中,数字孪生的正确打开方式是打造立体维度数字化基底,通过结构化、矩阵式升维的手段,提升现有信息化体系的可操作性与掌控容量上限,同时也是涵盖了全要素物理场景映射、超感知高交互、集成多源数据、运行机理仿真、多类型算法融合、自主迭代演化、反馈控制等多种与具体业务关联的前沿技术要素复合体。

第1阶段是实现“孪生镜像”,就是通过数字建模和逻辑孪生,将物理世界在虚拟世界进行重构和映射,搭建工业资产的物理逻辑镜像;

第2阶段是实现“数据融合”,基于孪生镜像,我们把通过物联网技术和信息化系统融合技术,把动态实时监测数据接入并映射到我们的数字孪生体中,实现对物理世界的动态感知;

第3阶段是实现“仿真和交互”,利用数字孪生技术,将智能的算法和工业仿真的能力融合到空间数字模型中,让我们能够对现实世界的逻辑和动态进行准确的模拟和重建,让孪生镜像线个阶段,我们已经搭建了一个能够1:1还原真实世界的虚拟世界,并凭借多并发、平行计算、海量运算等技术,形成对真实世界运行特征的优化策略,并反向输出到物理系统,实现真正的双向映射,真正的数字孪生。

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