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常見(jiàn)問(wèn)題
發(fā)布時(shí)間：2024-01-09 09:47:19 人氣：
最近呢有很多粉絲問(wèn)我，數(shù)字孿生項(xiàng)目到底該怎么做？簡(jiǎn)直是無(wú)從下手，能不能提供一下通用的學(xué)習(xí)研究方法，或者說(shuō)可以落地的路徑。
我這段時(shí)間呢一直在做這件事情，經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的不斷的搜集各種方案、白皮書科研論文，也最終得出了我的答案，那就是沒(méi)有這樣的方法。
為什么這么講呢？主要是以下兩個(gè)原因：數(shù)字孿生到底是什么？到底能做什么？能做成什么樣？眾說(shuō)紛紜，沒(méi)人能講清楚。大家都有自己的理解，但是數(shù)字孿生這個(gè)概念，你目前的技術(shù)呢是實(shí)現(xiàn)不了的。
其實(shí)你仔細(xì)想一下就明白了，真能在計(jì)算機(jī)上完整復(fù)刻一座城市嗎？真能復(fù)刻一個(gè)車間嗎？比如說(shuō)一套看似簡(jiǎn)單的水泥工藝生產(chǎn)線，其過(guò)程包含大量的物理反應(yīng)、化學(xué)反應(yīng)，囊括了地質(zhì)學(xué)、礦物學(xué)、巖像學(xué)、流體學(xué)、燃燒學(xué)、熱傳導(dǎo)、結(jié)晶學(xué)等等學(xué)科，要使整個(gè)過(guò)程處于受控狀態(tài)，按照我們?cè)O(shè)計(jì)的PTT軌跡運(yùn)行，不但需要維持物料的量和質(zhì)的均衡穩(wěn)定，而且必須維持好各系統(tǒng)、各工學(xué)、各個(gè)特征參數(shù)的穩(wěn)定，目前我們想做到這些，顯然呢是不現(xiàn)實(shí)的。因?yàn)槟壳艾F(xiàn)實(shí)的世界的運(yùn)行機(jī)理，我們大部分是不清楚的。
我們?cè)偻艘徊?，即使模擬復(fù)刻成功之后，我們需要采集多少狀態(tài)量來(lái)實(shí)現(xiàn)虛擬世界與現(xiàn)實(shí)世界的同步運(yùn)行呢？一輛汽車有數(shù)百個(gè)智能傳感器，而在一條自動(dòng)化生產(chǎn)的水泥生產(chǎn)線上，這樣的采集設(shè)備已經(jīng)達(dá)到了五千個(gè)，但是這也僅僅實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化的程度。如果說(shuō)要完全采集到物理世界的全部狀態(tài)量，那么這些傳感器可能還不足十分之一。只有構(gòu)建數(shù)字孿生體模型和完整數(shù)據(jù)感知之后，我們才可能說(shuō)通過(guò)數(shù)字孿生體進(jìn)行預(yù)測(cè)以及故障診斷的應(yīng)用，那么沒(méi)有通用辦法的。
第二個(gè)原因呢是沒(méi)有通用的落地性技術(shù)，數(shù)字孿生涵蓋的概念太廣，幾乎所有的行業(yè)都在談數(shù)字孿生。比如說(shuō)城市、園區(qū)、水務(wù)、水利、能源、航空航天、工業(yè)、鋼鐵、輪船等等，每個(gè)行業(yè)都有自己龐雜的業(yè)務(wù)知識(shí)和獨(dú)一無(wú)二的流程，沒(méi)辦法以一個(gè)通用的方法來(lái)以偏概全。數(shù)字孿生與其說(shuō)是一個(gè)技術(shù)概念，我更想把它當(dāng)成一種思路，就是在計(jì)算機(jī)上復(fù)刻一個(gè)物理實(shí)體，各行各業(yè)都在談數(shù)字孿生，也都是這個(gè)思路。那么我們根據(jù)這個(gè)思路提煉出了一套通用的研究技術(shù)路線，來(lái)幫助大家進(jìn)行思考。這套研究技術(shù)路線適用于對(duì)待數(shù)字孿生毫無(wú)頭緒的人，給大家一個(gè)抓手來(lái)進(jìn)行思考，套用到自己的行業(yè)。
請(qǐng)記住，數(shù)字孿生本身就是沒(méi)能實(shí)現(xiàn)的概念。數(shù)字孿生是什么取決于我們?nèi)ピ趺囱芯克约拔覀儼阉芯砍墒裁礃幼印?strong>研究數(shù)字孿生分為三步：第一步呢就是建模，第二步呢是數(shù)據(jù)感知，第三步呢是功能應(yīng)用。
首先我們來(lái)說(shuō)構(gòu)建數(shù)字孿生體模型。那么第一步也都是我們現(xiàn)在正在做的，就是要搭建它的幾何模型，幾何模型就是它的幾何外觀模型，包括形狀呀大小呀尺寸，比如說(shuō)在建筑橋梁園區(qū)城市的一個(gè)幾何外觀模型，我們通用的軟件比如說(shuō)u3d、建筑領(lǐng)域的revit，國(guó)內(nèi)的一些bim、gis軟件都是支撐我們搭建幾何外觀模型的。
那么第二步就是搭建它的物理模型，物理模型是什么呢？就是通過(guò)物理或者數(shù)學(xué)公式來(lái)概化表達(dá)的模型，比如說(shuō)胡胡克律、水動(dòng)力學(xué)模型。再比如說(shuō)聲光電液壓的物理模型，這些呢就相對(duì)比較復(fù)雜了，需要具備專業(yè)的業(yè)務(wù)知識(shí)，比如說(shuō)一些仿真軟件ansys呀、midas、abqus等。
那么第三步呢，我們要建立它的行為模型，行為模型是什么呢？就是它的動(dòng)態(tài)模型，比如說(shuō)一個(gè)車間流水線它是動(dòng)態(tài)的，每個(gè)機(jī)器構(gòu)建呢都要按照一定的規(guī)則和規(guī)律進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的。這里是沒(méi)有通用的軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的，需要根據(jù)具體的場(chǎng)景進(jìn)行開(kāi)發(fā)。
那么最后就是建立它的規(guī)則模型。規(guī)則模型其實(shí)本質(zhì)上就是數(shù)據(jù)關(guān)系模型，數(shù)據(jù)關(guān)系模型就是區(qū)別于自動(dòng)化，是我們數(shù)字孿生智能化的一個(gè)標(biāo)志。比如說(shuō)自動(dòng)化系統(tǒng)能夠按照既定的指令進(jìn)行操作和調(diào)整來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)人控制，但是自動(dòng)化一般會(huì)出現(xiàn)對(duì)于不同情況做出相同反應(yīng)的結(jié)果，多用于重復(fù)性的工作或者工程當(dāng)中，其過(guò)程類比于數(shù)學(xué)的一元一次方程。
我們說(shuō)如果建立了規(guī)則模型之后呢，我們的模型會(huì)更加的智能化，是具有某種復(fù)雜的計(jì)算和修正誤差的數(shù)據(jù)處理能力，是具有自檢測(cè)、自校正、自診斷、自修復(fù)、自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)、自優(yōu)化、自組織、自協(xié)調(diào)等一些自功能的，其過(guò)程呢類比于數(shù)學(xué)的多元多次方程。比如說(shuō)咱們城市交通大腦的交通優(yōu)化系統(tǒng)，我認(rèn)為是勉強(qiáng)可以達(dá)到規(guī)則模型這種效果的。這里面需要強(qiáng)調(diào)的就是數(shù)字孿生模型不一定要覆蓋所有維度和領(lǐng)域的，此時(shí)呢是可以根據(jù)實(shí)際需求或者實(shí)際對(duì)象進(jìn)行調(diào)整，構(gòu)建部分領(lǐng)域、部分維度的模型。
比如說(shuō)我們現(xiàn)在所謂的智慧城市，只是建了它的幾何外觀模型，我們可以先搭建它的部分的數(shù)字孿生，一步一步來(lái)。我們構(gòu)建完數(shù)字孿生體之后呢，就要進(jìn)行數(shù)據(jù)感知了，這里面其實(shí)就是實(shí)現(xiàn)我們虛擬世界與現(xiàn)實(shí)世界同步的一個(gè)過(guò)程。因?yàn)槲覀兘ㄍ昴Ｐ?，那個(gè)模型都是死的，它不是和我們真實(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)的。那么我們就需要布置一些傳感器或者一些數(shù)據(jù)埋點(diǎn)來(lái)得到我們現(xiàn)實(shí)當(dāng)中的一些數(shù)據(jù)、一些運(yùn)行狀態(tài)，來(lái)驅(qū)動(dòng)我們虛擬世界當(dāng)中的模型的一個(gè)運(yùn)行。
比如說(shuō)在生產(chǎn)車間里，我們會(huì)安裝一些傳感器來(lái)采集它的狀態(tài)數(shù)據(jù)、開(kāi)關(guān)量數(shù)據(jù)、視頻圖像數(shù)據(jù)、scada、mes的數(shù)據(jù)，還有一些生產(chǎn)類的比如說(shuō)訂單呀、生產(chǎn)計(jì)劃、實(shí)際產(chǎn)量和質(zhì)量檢測(cè)的數(shù)據(jù)。
對(duì)于智慧城市呢，我們采集它的環(huán)境呀、氣象呀、車輛人員、交通流量業(yè)務(wù)等等各類的數(shù)據(jù)，那包括園區(qū)、電廠等等等等都會(huì)采集各類的數(shù)據(jù)。我們采集數(shù)據(jù)的目的呢就是為了感知我們的物理世界，同時(shí)驅(qū)動(dòng)我們虛擬世界的模型進(jìn)行模擬。
那么我們建好模型以及數(shù)據(jù)之后呢，就可以思考一下能夠給我們帶來(lái)哪些應(yīng)用。比如說(shuō)對(duì)于幾何模型，我們可以進(jìn)行一個(gè)空間規(guī)劃，空間分析一些建筑的碰撞，檢查距離的量測(cè)以及將我們監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化的呈現(xiàn)，這些呢其實(shí)就是我們大部分項(xiàng)目做的內(nèi)容。
對(duì)于物理模型呢，比如我們做一些狀態(tài)檢修、仿真模擬預(yù)測(cè)、狀態(tài)溯源等等，這些呢是我們大部分項(xiàng)目以及大部分甲方業(yè)主想要達(dá)到的一個(gè)效果。
對(duì)于我們搭建的行為模型呢，比如說(shuō)一些流程模擬、動(dòng)態(tài)仿真、一些流程優(yōu)化等等，這里面也是大部分項(xiàng)目想要達(dá)到內(nèi)容，但是基本上很難做到的。
最后我們說(shuō)的是規(guī)則模型，比如說(shuō)一些模糊控制、專家控制、智能決策等等，這些呢是我們很多廠商都在宣傳說(shuō)我們要做成這樣，但實(shí)際上是幾乎做不到的一部分內(nèi)容。
最后提一下，其實(shí)拿著數(shù)字孿生的概念來(lái)研究數(shù)字孿生的思路本身就是錯(cuò)的，因?yàn)閿?shù)字孿生是啥我們還不能確定。其實(shí)我們可以換一個(gè)思路，不是研究數(shù)字孿生是什么，而是研究什么是數(shù)字孿生。比如說(shuō)你現(xiàn)在做的信息化項(xiàng)目，我們搭建一個(gè)城市的幾何外觀，gis+bim的一個(gè)模型，或者說(shuō)我們搭建一個(gè)三維可視化工廠，我們都可以說(shuō)我們實(shí)現(xiàn)了數(shù)字孿生的一部分，這些呢都是大家做項(xiàng)目的一個(gè)思路。
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