数字孪生加速“狂飙”-数艺网

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数字孪生加速“狂飙”: 2023-02-25

“ChatGPT”的横空出世一如前不久的“元宇宙”，再度令人们趋之若鹜。两个全新的技术概念会否成为“人类科技的奇点”尚待时间验证，可以洞见的是，决定未来的革命性技术都将通过智能化技术，将无穷的数据转化为切实可行的洞察，驱动数实融合时代的到来。

今天我们将和英特尔工业解决方案总监 Ricky Watts 聊聊另一个有着相似本质的技术——被称为“元宇宙的基石与底座”和“数字化世界的十大战略技术”：

想象一下，

一个水晶球可以告诉你未来这个项目能否成功，

可能出现的隐患或者致命故障

——这就是数字孪生（Digital Twin）

物理世界的镜像，拨开迷雾看未来

何为数字孪生？根据数字孪生联盟（DTC, Digital Twin Consortium）的最新定义：

“数字孪生是指将现实世界中的实体和流程以数字虚拟方式实现，并且按照特定频率和保真度在两者之间同步。”

“数字孪生系统会加速全面的数字认知，优化决策过程，让行动更高效，从而实现业务系统转型。”

“实时和历史数据让数字孪生表现过去和现在，并可模拟、预测未来。”

简而言之，数字孪生是以物联网为媒介，实现物理世界和数字世界的耦合，从而预测未来，模拟决策，更好应对。目前，数字孪生已从最富有成效的制造业向智慧城市、医疗保健、物流、零售等更多行业领域延伸，展现出广阔的前景和巨大价值。

数字孪生，智能制造的助推器

工业制造场景是数字孪生最活跃的战场。为何说数字孪生对智能制造至关重要？Ricky Watts 给出了通俗易懂的解读：

数字孪生将工厂中大量物联网传感器和摄像头收集到的资产和环境数据同步传输到数字孪生体，后者可以利用这些数据对机器或设备进行仿真测试和验证、查看损耗率、预测性维护、流程建模和优化，以及开展员工培训，以上皆不需要人们在机器上实际操作。以软件测试和模拟为例，制造商可以先在数字孪生体上验证软件更新，在确保不会发生崩溃或中断后，再将软件下载到真实机器上。有了数字孪生，企业就能够在潜在问题和机会面前领先一步。

图：以零售布局为例，

数字孪生可以在施工前提供建议，以便快速修改设计

借助由边缘计算、人工智能和工作负载融合所实现的更多边缘智能，物理世界和数字世界之间越来越多地建立起近乎实时的联系。企业能够利用数字孪生实现产品的设计、开发，到生产、上市，直至被客户使用的全生命周期管理。帮助企业快速发现和解决问题，加快新品上市速度，提高产品质量，优化运营，并开发新的经营模式，提高收益¹。因此，数字孪生的市场正在迅速增长，Gartner 曾预测，到 2024 年，超过 25% 的全新数字孪生将作为新 IoT 原生业务应用的绑定功能被采用。²

“孪生”的罗马非一日可建成

数字化时代的机遇往往与挑战并行，数字孪生项目的实施也同样“没那么简单”。工厂的环境十分复杂，不同年代、系统的传感器和机器以各种方式提供数据，很难互相兼容，收集可用的数据就成为了制造商面临的首要挑战。同时，技术堆栈中涉及了从连接到人工智能各个层面的技术，这也使得制定任何类型的模板都非常困难。制造商往往需要进行大量的系统集成工作。

除此之外，数字孪生处于物联网、5G、边缘计算、大数据和人工智能等飞速发展的技术的交叉点。尤为重要的是，数字孪生对应的真实世界总在不断变化，要想让数字孪生随时更新从而反应最真实、最即时的世界，毫无疑问，必须依靠拥有现实感知能力的物联网边缘技术。Ricky Watts 表示：

每个技术的应用不可一蹴而就，而大多数供应商和制造商都很难精通所有的领域，这使得同一产业链上下游企业在采用阶段上存在较大鸿沟。英特尔正在开展一些工作，比如简化技术的使用，建立更多伙伴关系以搭建生态系统等等。当然未来还有更多事情要做。

英特尔的探索——从入局到布局

在21世纪初，英特尔就通过引入远程操作中心实现了对工厂设备的场外监控和管理。随着智能制造时代的到来，英特尔迅速采用了这一革命性技术来简化流程、降低成本，即使在微处理器制造程序复杂性成倍增加的情况下，英特尔仍能够大幅提高人均生产率，减少单位吞吐时间，并且保持出色的产品质量。

图：英特尔的数字化晶圆生产工厂

如今，英特尔的自动化工厂解决方案团队将领先的经验和软硬件产品组合打包，提供给世界各地的制造商，帮助他们简化数字孪生部署。

英特尔最新的硬件产品系列，包括第四代英特尔^® 至强^® 可扩展处理器和第13代英特尔^® 酷睿^™ 处理器家族均面向物联网边缘应用优化，通过人工智能加速和高核心数推动了数字孪生模拟的更多并行化，以及边缘服务器和外部传感器之间的快速数据移动。

在软件基础设施层，英特尔^® 发行版 OpenVINO^™ 工具套件可以帮助独立软件供应商（ISV）优化其人工智能驱动的数字孪生解决方案，以便在英特尔^® 硬件上实现更高性能。

同时，英特尔打造了工业边缘软件方案，包括英特尔^® 工业边缘洞见平台（EII）和英特尔^® 工业边缘控制平台（ECI）。这些软件汇集了各种参考设计，能够帮助行业伙伴更轻松、更快速地开发解决方案，并将工作负载整合到基于英特尔^® 处理器的平台上，同时确保在 Linux 操作系统、Windows、虚拟机和 Kubernetes 上都能运行数字孪生体的所有功能。

英特尔的物联网技术则涵盖了边缘、网络、数据中心和云。凭借低功耗计算和能够执行预测分析任务的边缘服务器，英特尔构建了边缘原生软件定义的绝佳计算平台英特尔^® Smart Edge，从而协调、整合物联网边缘的多个传感器和工具，简化部署，帮助制造企业最大化收益。除此之外，英特尔也在关注标准、规模化的制定，Ricky Watts 介绍道：

英特尔正与合作伙伴携手建立通用语言(如 OPC UA)来让机器相互对话，从而让设备数据无缝地流动。同时，我们正与产业联盟的伙伴通力合作，链接产业上下游来尝试定义统一的服务交付的方式。

用数字孪生雕刻未来数字世界

数字孪生技术让人类具备了更好、更智慧的中长期规划能力。英特尔也在将战略版图延伸向智慧城市、智慧医疗、以及智慧建筑等更多领域。

在北京冬奥会期间，英特尔联手合作伙伴打造的“黑科技”VSS数字孪生场馆模拟仿真服务备受瞩目。通过将场馆与活动过程三维可视化、动态化、参数化，把真实的场馆完全复制成一个数字化、虚拟化的线上场馆。在疫情时期，使分布在全球各地的工作人员可以在多终端操作系统，实现对场馆空间的规划、运行设计及细节管理，充分协作开展奥运准备工作。

这项应用在后冬奥时代将被继续推广和应用，以在大型体育赛事、智慧城市建设中发挥重要作用。

在全球范围中，Ebenbuild 通过使用英特尔提供的技术和产品，构建了医疗数字孪生模型，提升了急性呼吸窘迫综合征患者的生存率和恢复效果，并在智能医院中被广泛推广。在建筑领域，英特尔与微软以及 LTTS 携手，通过建立数字孪生模型和现实世界人、事、物的活数字副本，在施工前模拟如空间使用、交通模式等动态环境条件，实现了自动化的建筑管理和预测分析——这座位于以色列的智能楼宇 PTK1 占地80万平方英尺，拥有超过14,000个传感器，每天产生超过50TB的数据，承载近3,000名员工的日常工作。其智能化程度远超传统的智能建筑。

随着物联网、人工智能、智能边缘等技术不断更新迭代，将推动数据流动持续加速，最终使得建立一个更广大、连接更紧密的世界成为可能。数字孪生也将解锁更多、更新、更先进的应用场景，来解决现实世界的问题。英特尔会继续应用自己多年的技术积累，与合作伙伴一起，为人类的光明未来构建技术基石。

资料援引：

[1] ROOTCLOUD发表的报告《如何利用数字孪生帮助企业创造价值？》

[2] Gartner Inc.的“What to Expect When You’re Expecting Digital Twins”（《数字孪生完全指南》

参考文章：

[1] insight.tech 《将数字孪生引入工厂车间》

[2]CCS Insight 的白皮书 “Digital Twins”

[3]英特尔的白皮书“IT@Intel: Optimizing Factory Performance with Digital Twin Technology”

[4]英特尔的案例“Tech Giants Collaborate to CreateDigital-Native Smart Building”

[5]英特尔的白皮书“What Is a Digital Twin?

[6]英特尔的案例“Ebenbuild Prototypes Medical Digital Twins”

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