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)字孿生也成為了時下的技術(shù)熱點。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、生產(chǎn)、物流、銷售、服務(wù)全鏈式智能服務(wù)，通過分析、挖掘數(shù)據(jù)價值，助力企業(yè)借助新技術(shù)構(gòu)筑領(lǐng)先優(yōu)勢。

比如為一臺工業(yè)機器人創(chuàng)建數(shù)字孿生，可以實時且精準地顯示出機械臂的角度、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)測出系統(tǒng)未來是否會發(fā)生故障、及何時會發(fā)生故障，極大地提升了服務(wù)運維效率，降低了設(shè)備非計劃停機時間，節(jié)約現(xiàn)場服務(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，現(xiàn)在NASA的定義：Digital Twin是利用物理模型、實時狀態(tài)、運行歷史等數(shù)據(jù)，結(jié)合經(jīng)驗知識通過仿真過程再現(xiàn)物理世界的形狀、屬性、行為和規(guī)則，在虛擬空間中進行映射、同步更新狀態(tài)，反映物理世界對象的全生命周期過程。

通過數(shù)字孿生系統(tǒng)，能實現(xiàn)從產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)計劃到制造執(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城市的環(huán)境進行實時監(jiān)測，以優(yōu)化城市的資源利用率，實現(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)主要包括以下幾個方面：

·數(shù)字模型，虛實互通。

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，實時同步。

在產(chǎn)品的實際生產(chǎn)、運行階段，其狀態(tài)會隨著材料、流程、人員或者環(huán)境參數(shù)等實時變化，而數(shù)字孿生模型需要將這些變化實時地在數(shù)字空間內(nèi)進行同步。

·數(shù)據(jù)分析，智能預(yù)測。

物理世界中的傳感器會實時產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，通過機器學習、AI等對這些數(shù)據(jù)進行分析，并結(jié)合經(jīng)驗知識來實現(xiàn)主動異常檢測、預(yù)測性維護等；幫助企業(yè)能夠做出更準確的預(yù)測、合理的決策。

通過標準統(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)，進而構(gòu)建互聯(lián)互通的數(shù)字世界；以可擴展方式將數(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、實時預(yù)測，并結(jié)合智能數(shù)據(jù)分析和AI服務(wù)，跟蹤過去，預(yù)測未來。

華為云IoT助力構(gòu)建數(shù)字孿生

數(shù)字孿生很美好，但是在實際實施過程中卻有很多挑戰(zhàn)。

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

其次，實時計算能力要求高。由于物理對象會不斷產(chǎn)生數(shù)據(jù)，為了讓數(shù)字孿生與物理對象保持實時的映射，就需要強大的計算能力。比如產(chǎn)線的測點以毫秒級頻度不斷上報數(shù)據(jù)，產(chǎn)線還有上千個實時計算的業(yè)務(wù)指標，這就對模型的實時計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，通過標準化的建模語言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)界和華為實踐，客戶開箱即用，大大提升了數(shù)據(jù)分析的效率。

現(xiàn)實世界的設(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展的高級建模語言DTML，包含了對象屬性、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，擴展出自己行業(yè)領(lǐng)域的特殊詞匯，以方便用戶準確地定義出復(fù)雜物理對象的數(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)建與物理世界實時同步的數(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，可簡化復(fù)雜數(shù)字孿生的開發(fā)難度：利用樹狀層級結(jié)構(gòu)描述復(fù)雜物理對象的內(nèi)在關(guān)系，比如空間關(guān)系、組合關(guān)系、上下游關(guān)系等；虛測點支持豐富的計算算子，比如四則運算、科學計數(shù)法、三角函數(shù)、滑窗、流計算等；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)、高實時的計算能力，可以輕松完成10萬級的并發(fā)計算任務(wù)，以確保數(shù)字孿生模型能夠?qū)崟r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還提供了時空融合分析的能力，讓用戶在時空維度上可以基于數(shù)字孿生進行各種數(shù)據(jù)分析。同時，華為云IoT預(yù)置了AI對接接口，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、存儲及分析能力。

當資產(chǎn)出入倉庫時，RFID設(shè)備自動掃描資產(chǎn)上的RFID標簽信息，上報到云端IoT平臺，云端通過數(shù)字孿生模型做進一步的數(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，同時提供現(xiàn)場的業(yè)務(wù)看板，現(xiàn)場操作人員可以實時感知資產(chǎn)出入的校驗結(jié)果；

2）資產(chǎn)出入信息統(tǒng)計，資產(chǎn)狀態(tài)會根據(jù)現(xiàn)場業(yè)務(wù)操作結(jié)果進行實時刷新，以滿足資產(chǎn)出入的透明化管理訴求。

智慧倉儲系統(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)建一個實時互動數(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。