華為云IoT助力構(gòu)建數(shù)字孿生，打造智能化基礎(chǔ)設(shè)施

隨著工業(yè)4.0與物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，數(shù)字孿生也成為了時(shí)下的技術(shù)熱點(diǎn)。數(shù)字孿生結(jié)合華為工業(yè)智能體，依托大數(shù)據(jù)分析，可以提供設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、物流、銷售、服務(wù)全鏈?zhǔn)街悄芊?wù)，通過分析、挖掘數(shù)據(jù)價(jià)值，助力企業(yè)借助新技術(shù)構(gòu)筑領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。

比如為一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人創(chuàng)建數(shù)字孿生，可以實(shí)時(shí)且精準(zhǔn)地顯示出機(jī)械臂的角度、速度、加速度等狀態(tài)，根據(jù)設(shè)備過去和現(xiàn)在的狀態(tài)，預(yù)測(cè)出系統(tǒng)未來是否會(huì)發(fā)生故障、及何時(shí)會(huì)發(fā)生故障，極大地提升了服務(wù)運(yùn)維效率，降低了設(shè)備非計(jì)劃停機(jī)時(shí)間，節(jié)約現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)人力成本。

什么是數(shù)字孿生？

數(shù)字孿生（Digital Twin）是由密西根大學(xué)Michael Grieves教授在產(chǎn)品全生命周期管理（PLM）中提出的“物理產(chǎn)品的虛擬數(shù)字化”概念；隨著IT技術(shù)的不斷發(fā)展，Digital Twin含義也在不斷的演進(jìn)，現(xiàn)在NASA的定義：Digital Twin是利用物理模型、實(shí)時(shí)狀態(tài)、運(yùn)行歷史等數(shù)據(jù)，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)知識(shí)通過仿真過程再現(xiàn)物理世界的形狀、屬性、行為和規(guī)則，在虛擬空間中進(jìn)行映射、同步更新狀態(tài)，反映物理世界對(duì)象的全生命周期過程。

通過數(shù)字孿生系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)計(jì)劃到制造執(zhí)行的全過程數(shù)字化，提升產(chǎn)品的創(chuàng)新、制造效率；當(dāng)我們?yōu)橐蛔鞘袠?gòu)建出數(shù)字孿生后，就可以基于孿生模型對(duì)城市的環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以優(yōu)化城市的資源利用率，實(shí)現(xiàn)交通的智能調(diào)度等，那將是一件多么酷的事情。

數(shù)字孿生背后的關(guān)鍵技術(shù)

數(shù)字孿生背后的關(guān)鍵技術(shù)主要包括以下幾個(gè)方面：

·數(shù)字模型，虛實(shí)互通。

如何將物理世界與虛擬世界關(guān)聯(lián)起來，其關(guān)鍵是對(duì)物理世界建模，通過模型將物理世界數(shù)字化，再通過模型將物理世界映射到虛擬世界中,以構(gòu)建物理世界與虛擬世界的橋梁。

·模擬仿真，實(shí)時(shí)同步。

在產(chǎn)品的實(shí)際生產(chǎn)、運(yùn)行階段，其狀態(tài)會(huì)隨著材料、流程、人員或者環(huán)境參數(shù)等實(shí)時(shí)變化，而數(shù)字孿生模型需要將這些變化實(shí)時(shí)地在數(shù)字空間內(nèi)進(jìn)行同步。

·數(shù)據(jù)分析，智能預(yù)測(cè)。

物理世界中的傳感器會(huì)實(shí)時(shí)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，通過機(jī)器學(xué)習(xí)、AI等對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并結(jié)合經(jīng)驗(yàn)知識(shí)來實(shí)現(xiàn)主動(dòng)異常檢測(cè)、預(yù)測(cè)性維護(hù)等；幫助企業(yè)能夠做出更準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)、合理的決策。

通過標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的模型語言（DTML）建模，支持統(tǒng)一的數(shù)字孿生建模與開放生態(tài)建設(shè)，進(jìn)而構(gòu)建互聯(lián)互通的數(shù)字世界；以可擴(kuò)展方式將數(shù)字孿生與IoT設(shè)備、業(yè)務(wù)系統(tǒng)結(jié)合，通過模擬仿真、實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)，并結(jié)合智能數(shù)據(jù)分析和AI服務(wù)，跟蹤過去，預(yù)測(cè)未來。

華為云IoT助力構(gòu)建數(shù)字孿生

數(shù)字孿生很美好，但是在實(shí)際實(shí)施過程中卻有很多挑戰(zhàn)。

首先，建模的物理對(duì)象往往是一個(gè)很復(fù)雜的系統(tǒng)，比如為煉鋼廠構(gòu)建一個(gè)產(chǎn)線的數(shù)字孿生，一條產(chǎn)線就有超過6000個(gè)測(cè)點(diǎn)，且點(diǎn)位之間有各種復(fù)雜的關(guān)系及相互作用，想要在數(shù)字世界中準(zhǔn)確地描述出這個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，并不是一件容易的事情。

其次，實(shí)時(shí)計(jì)算能力要求高。由于物理對(duì)象會(huì)不斷產(chǎn)生數(shù)據(jù)，為了讓數(shù)字孿生與物理對(duì)象保持實(shí)時(shí)的映射，就需要強(qiáng)大的計(jì)算能力。比如產(chǎn)線的測(cè)點(diǎn)以毫秒級(jí)頻度不斷上報(bào)數(shù)據(jù)，產(chǎn)線還有上千個(gè)實(shí)時(shí)計(jì)算的業(yè)務(wù)指標(biāo)，這就對(duì)模型的實(shí)時(shí)計(jì)算能力提出了很高的要求。

華為云IoT數(shù)據(jù)分析服務(wù)以數(shù)字孿生模型為中心，通過標(biāo)準(zhǔn)化的建模語言DTML，與資產(chǎn)模型深度整合，在數(shù)據(jù)分析作業(yè)中，開發(fā)者可以方便地引用物聯(lián)網(wǎng)模型數(shù)據(jù)，并結(jié)合華為云工業(yè)智能體預(yù)置多種算法模型，基于業(yè)界和華為實(shí)踐，客戶開箱即用，大大提升了數(shù)據(jù)分析的效率。

現(xiàn)實(shí)世界的設(shè)備不是離散的，而是具有空間、組織、人等復(fù)雜關(guān)系及上下文關(guān)系的存在，如何打通物理世界與數(shù)字世界的關(guān)聯(lián)，如何更好地理解設(shè)備，快捷高效地分析數(shù)據(jù)，成為物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)急需的基礎(chǔ)業(yè)務(wù)。

華為云IoT數(shù)據(jù)分析服務(wù)提供了一套開放易擴(kuò)展的高級(jí)建模語言DTML，包含了對(duì)象屬性、秘密事件關(guān)系等基礎(chǔ)詞匯，并且允許用戶在此基礎(chǔ)之上，擴(kuò)展出自己行業(yè)領(lǐng)域的特殊詞匯，以方便用戶準(zhǔn)確地定義出復(fù)雜物理對(duì)象的數(shù)字化形態(tài)。

以樓宇為例，通過構(gòu)建物與物、物與空間、物與人之間的復(fù)雜關(guān)系，將物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)置于模型的上下文中理解，然后通過IoT+資產(chǎn)模型，在數(shù)字世界中構(gòu)建與物理世界實(shí)時(shí)同步的數(shù)字孿生，基于模型抽象，就可以為數(shù)據(jù)分析提供面向業(yè)務(wù)的統(tǒng)一一致的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

樓宇數(shù)字模型示例

華為云IoT數(shù)據(jù)分析提供強(qiáng)大工具與能力使能構(gòu)建數(shù)字化、智能化的基礎(chǔ)設(shè)施。

·高效可視化建模。

華為云IoT數(shù)據(jù)分析服務(wù)采用所見即所得的圖形化建模型方式，可簡(jiǎn)化復(fù)雜數(shù)字孿生的開發(fā)難度：利用樹狀層級(jí)結(jié)構(gòu)描述復(fù)雜物理對(duì)象的內(nèi)在關(guān)系，比如空間關(guān)系、組合關(guān)系、上下游關(guān)系等；虛測(cè)點(diǎn)支持豐富的計(jì)算算子，比如四則運(yùn)算、科學(xué)計(jì)數(shù)法、三角函數(shù)、滑窗、流計(jì)算等；支持定義資產(chǎn)模型模板及快速復(fù)制。

·高性能模型引擎。

華為云IoT數(shù)據(jù)分析服務(wù)可提供高性能的模型引擎，具備高并發(fā)、高實(shí)時(shí)的計(jì)算能力，可以輕松完成10萬級(jí)的并發(fā)計(jì)算任務(wù)，以確保數(shù)字孿生模型能夠?qū)崟r(shí)映射出最佳的狀態(tài)。

·統(tǒng)一模型融合多種分析能力。

基于數(shù)字孿生模型，華為云IoT還提供了時(shí)空融合分析的能力，讓用戶在時(shí)空維度上可以基于數(shù)字孿生進(jìn)行各種數(shù)據(jù)分析。同時(shí)，華為云IoT預(yù)置了AI對(duì)接接口，開發(fā)者可以一鍵式部署AI，讓數(shù)字孿生具備智能推理和不斷演化的能力。

應(yīng)用實(shí)例：智慧倉庫資產(chǎn)跟蹤

通過華為云IoT數(shù)據(jù)分析服務(wù)，以數(shù)字孿生為核心，可以實(shí)現(xiàn)倉庫的數(shù)字化建模，打造一站式數(shù)據(jù)采集、清洗、存儲(chǔ)及分析能力。

當(dāng)資產(chǎn)出入倉庫時(shí)，RFID設(shè)備自動(dòng)掃描資產(chǎn)上的RFID標(biāo)簽信息，上報(bào)到云端IoT平臺(tái)，云端通過數(shù)字孿生模型做進(jìn)一步的數(shù)據(jù)分析，以判斷資產(chǎn)的出入狀況。主要操作包括：

1）根據(jù)出入庫訂單完成資產(chǎn)是否正確出入的校驗(yàn)，同時(shí)提供現(xiàn)場(chǎng)的業(yè)務(wù)看板，現(xiàn)場(chǎng)操作人員可以實(shí)時(shí)感知資產(chǎn)出入的校驗(yàn)結(jié)果；

2）資產(chǎn)出入信息統(tǒng)計(jì)，資產(chǎn)狀態(tài)會(huì)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)業(yè)務(wù)操作結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)刷新，以滿足資產(chǎn)出入的透明化管理訴求。

智慧倉儲(chǔ)系統(tǒng)

全方位感知物理世界與互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)，讓我們具備了構(gòu)建一個(gè)實(shí)時(shí)互動(dòng)數(shù)字化世界的基礎(chǔ)。華為云IoT云服務(wù)，讓物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)與孿生模型充分結(jié)合，迸發(fā)出無限的想象力，幫助企業(yè)在數(shù)字化轉(zhuǎn)型過程中快人一步。