特刊 2022/01/06
便捷的數(shù)字孿生，讓“工業(yè)元宇宙”觸手可及
元宇宙來了，“工業(yè)元宇宙”還遠(yuǎn)嗎？
實(shí)現(xiàn)工業(yè)元宇宙的重要技術(shù)就是數(shù)字孿生Digital Twin，數(shù)字孿生的概念由 David Gelernter 在 1991 年出版的《鏡像世界》一書中提出，形象來說數(shù)字孿生就是在一個(gè)設(shè)備或系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，創(chuàng)造一個(gè)數(shù)字“孿生體”，本體的實(shí)時(shí)狀態(tài)，以及外界環(huán)境條件，都會(huì)復(fù)現(xiàn)到這個(gè)“孿生體”上。
首先接受數(shù)字孿生概念的是NASA，2010年，NASA約翰·維克斯 (John Vickers) 在路線圖報(bào)告中，為“數(shù)字孿生”正式命名，并應(yīng)用于阿波羅項(xiàng)目中面對(duì)飛行中的空間飛行器進(jìn)行仿真分析，監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)空間飛行器的飛行狀態(tài)，輔助地面控制人員作出正確的決策，這也體現(xiàn)了數(shù)字孿生并非簡(jiǎn)單的可視化。
2017年，Gartner 將數(shù)字孿生列為十大戰(zhàn)略技術(shù)趨勢(shì)之一，也從這時(shí)起，數(shù)字孿生概念被用于越來越多的工業(yè)應(yīng)用和過程。因?yàn)?/span>數(shù)字孿生可以貫穿產(chǎn)品包括設(shè)計(jì)、開發(fā)、制造、服務(wù)、維護(hù)乃至報(bào)廢回收的整個(gè)周期，所以數(shù)字孿生可以幫助制造企業(yè)優(yōu)化運(yùn)營(yíng)，改善不足，開發(fā)新的經(jīng)營(yíng)模式，實(shí)現(xiàn)績(jī)效提升。
時(shí)間到了2021年，re:Invent全球大會(huì)，亞馬遜云科技帶來了Amazon IoT TwinMaker讓數(shù)字孿生變得輕而易舉，可以更加輕松、快捷地創(chuàng)建現(xiàn)實(shí)世界的數(shù)字孿生，如樓宇、工廠、工業(yè)設(shè)備和生產(chǎn)線，企業(yè)通過數(shù)字孿生可以反映現(xiàn)實(shí)世界技術(shù)的功能提高運(yùn)營(yíng)效率并減少停機(jī)時(shí)間。
如何解鎖數(shù)字孿生難題？
數(shù)字孿生離我們其實(shí)并不遙遠(yuǎn)，很多企業(yè)都在切實(shí)的推進(jìn)著數(shù)字孿生。有Gartner預(yù)測(cè)，到2021年，半數(shù)的大型工業(yè)企業(yè)將使用數(shù)字孿生，從而使這些企業(yè)的效率提高10%。到2024年，超過25%的全新數(shù)字孿生將作為新loT原生業(yè)務(wù)應(yīng)用的綁定功能被采用。
由此可見，數(shù)字孿生的前景非常廣闊。今年4月，國(guó)家發(fā)改委印發(fā)的《關(guān)于推進(jìn)“上云用數(shù)賦智”行動(dòng)培育新經(jīng)濟(jì)發(fā)展實(shí)施方案》，多次提及數(shù)字孿生技術(shù)，引導(dǎo)各方積極提出數(shù)字孿生相關(guān)解決方案。
工業(yè)企業(yè)其實(shí)很早就有建設(shè)數(shù)字孿生的需求，但即使是技術(shù)先進(jìn)的企業(yè)，構(gòu)建和管理數(shù)字孿生也是相對(duì)困難的。整體看來，數(shù)字孿生建設(shè)面臨著三大挑戰(zhàn)：首先，企業(yè)中有各種來源的各種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)（例如來自齒輪的時(shí)間序列傳感器知識(shí)、來自相機(jī)的視頻饋送、來自企業(yè)功能的維護(hù)信息等），由于設(shè)備、系統(tǒng)多種多樣，這些數(shù)據(jù)需要手動(dòng)輸入；其次，企業(yè)要為所有相關(guān)知識(shí)提供廣泛的入口，將信息源之間的關(guān)系映射到物理世界，這就需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)統(tǒng)一融合的數(shù)據(jù)圖；最后，企業(yè)需要構(gòu)建自身物理環(huán)境（例如建筑物、工廠、齒輪、制造痕跡等）的 3D 數(shù)字插圖，并將物理世界的知識(shí)疊加到 3D 可視化上。
Amazon IoT TwinMaker讓數(shù)字孿生也可以變得更快、更簡(jiǎn)單。構(gòu)建者可以直接結(jié)合來自傳感器、攝像機(jī)和企業(yè)功能等多個(gè)來源的知識(shí)數(shù)據(jù)，并結(jié)合這些知識(shí)數(shù)據(jù)來創(chuàng)建一個(gè)映射現(xiàn)實(shí)世界氛圍的數(shù)據(jù)圖。
企業(yè)擁有了實(shí)時(shí)知識(shí)的真實(shí)技術(shù)數(shù)字圖解，就可以為工廠操作員和維護(hù)工程師構(gòu)建功能，這些功能可以利用機(jī)器學(xué)習(xí)和分析來提取有關(guān)實(shí)時(shí)操作效率為企業(yè)優(yōu)化運(yùn)營(yíng)效率。埃森哲Industry X行業(yè)數(shù)字制造與運(yùn)營(yíng)全球技術(shù)主管Maikel van Verseveld表示，埃森哲正通過Amazon IoT TwinMaker幫助其客戶輕松地創(chuàng)建數(shù)字孿生，從不同的 IT 和 OT 系統(tǒng)中獲得更加情境化、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)和實(shí)時(shí)的制造運(yùn)營(yíng)視圖，這樣最終用戶就可以做出更好的決策并優(yōu)化運(yùn)營(yíng)。
數(shù)字孿生加持下的“工業(yè)元宇宙”
Amazon IoT TwinMaker的設(shè)計(jì)邏輯基于 “ECS” 設(shè)計(jì)思想，構(gòu)建實(shí)體組件系統(tǒng)知識(shí)圖譜。ECS（Entity-Component-System）最早在2002年的Game Dungeon Siege上被提出，是解決游戲設(shè)計(jì)中，物體直接數(shù)據(jù)交互和性能的問題。
所以Amazon IoT TwinMaker首先做到的就是幫助企業(yè)方便從各種數(shù)據(jù)源收集數(shù)據(jù)，Amazon IoT TwinMaker包含適用于Amazon IoT SiteWise、Amazon Kinesis Video Streams和Amazon S3的內(nèi)置連接器，企業(yè)也可以為Amazon Timestream或Snowflake等數(shù)據(jù)源添加自己的連接器。
全球領(lǐng)先的纖維、樹脂和化學(xué)中間體制造商英威達(dá)（INVISTA）需要人工處理分散在不同的系統(tǒng)中的操作通知和警報(bào)，使用 Amazon IoT TwinMaker，英威達(dá)將制造業(yè)務(wù)的數(shù)字孿生構(gòu)建到 Connected Worker 應(yīng)用程序中，將不同的信息整合到統(tǒng)一視圖中，提高了現(xiàn)場(chǎng)操作的生產(chǎn)力和效率，支持環(huán)境健康和安全績(jī)效。
目前在3D可視化上，現(xiàn)階段只有AWS IoT TwinMaker匹配了相應(yīng)功能。建筑與冷鏈解決方案提供商開利（Carrier Global）建設(shè)的Abound平臺(tái)可以從各種系統(tǒng)和傳感器中匯總樓宇性能數(shù)據(jù)，讓客戶實(shí)時(shí)了解其互聯(lián)空間。Amazon IoT TwinMaker加快了Abound平臺(tái)的構(gòu)建，而且無需向解決方案添加3D可視化。
而且有些企業(yè)已經(jīng)擁有的3D模型（例如CAD和BIM文件、點(diǎn)云掃描等）可以直接導(dǎo)入Amazon IoT TwinMaker中，創(chuàng)建物理系統(tǒng)的3D視圖，并將知識(shí)圖譜中的數(shù)據(jù)疊加到3D視圖上創(chuàng)建數(shù)字孿生。
亞馬遜云科技還與合作伙伴一起把Amazon IoT TwinMaker推薦給更多用戶使用。例如西門子擴(kuò)展Xcelerator產(chǎn)品組合與Amazon IoT TwinMaker的合作，讓開發(fā)人員能夠創(chuàng)建數(shù)字孿生解決方案，通過將豐富的低代碼、可視化、模擬和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序服務(wù)與Amazon IoT TwinMaker和其他亞馬遜云科技服務(wù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)從最簡(jiǎn)單的用例擴(kuò)展至最復(fù)雜的用例。
在數(shù)字孿生創(chuàng)建完畢后，開發(fā)人員可以使用適用于Amazon Managed Grafana的Amazon IoT TwinMaker插件創(chuàng)建基于Web的應(yīng)用程序，在工廠操作員和維護(hù)工程師用于監(jiān)控和檢查設(shè)施和工業(yè)系統(tǒng)的設(shè)備上，就可以顯示應(yīng)用程序的數(shù)字孿生。
有了Amazon IoT TwinMaker的加持，“工業(yè)元宇宙”可能離我們并不遙遠(yuǎn)，甚至是觸手可及。
本文章選自《數(shù)字化轉(zhuǎn)型方略》雜志，閱讀更多雜志內(nèi)容，請(qǐng)掃描下方二維碼
