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解决方案 | 万博思图引领“数字孪生”新常态

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发表于 2022-8-31 17:51:29 | 显示全部楼层 |阅读模式
数字架起了虚拟与现实的桥梁,构建出映射现实的“数字孪生体”。它与真实世界如出一辙,动态掌握全生命周期信息。

01 什么是数字孪生?
数字孪生(Digital Twin)又称数字双胞胎、数字镜像,即通过数字化方式创建物理实体的虚拟映射,借助数据传输实现物理实体和虚拟模型间全生命周期的数据互通,利用3D建模、传感器、物联网等技术手段,在线上复制一个与现实几乎一样的“数字体”。

借助物理实体与虚拟模型间的数据互通,数字孪生能够深入挖掘数据价值,改变诸多产业的传统运行方式、管理模式,理解、预测和优化业务效率,赋能智慧工厂、智慧城市、智慧能源、工业设计等领域,从底层逻辑改善行业状态。

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图:万博思图定制的仿真“数字孪生体”


02 行业洞察
数字孪生(Digital Twin)是一个年轻的名词,短短20年间从学术概念演变为数字化技术,如今广泛应用于制造业、航空航天、环境保护、基建等众多领域。

数字孪生的快速崛起,是因为其解决了当前时代的两个关键问题:① 工业4.0蓬勃兴起后,数字孪生实现了数字化设备的可视化贯通;② 大数据概念涌入各行各业,数字孪生通过算法深挖数据价值,让海量数据真正服务于人。

| 2.1 工业4.0时代,数字融合推动技术革新
工业4.0时代蓬勃兴起,即便是最为保守的观察者,也能感受到IoT物联网设备、大数据、云计算、人工智能等技术正在引领一场人类历史上最重大的技术革命。

数字化时代,数字孪生既是行业尖端技术,也是高度整合现有技术的融合剂,是推动现代数字化进程的关键一环。如今,传统企业纷纷投身数字化改革,自动化与信息化设备快速蔓延。然而生产、研发、管理过程中产生的大量数据无法最大化利用,为提效而投入的高昂成本与大量冗余数据形成悖论。数字孪生作为数据可视化领域的尖端技术,能够整合流程化、结构化数据,将空间信息、时间信息综合分析,通过融合应用的方式推动产业数字化革新。

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图:数字“孪生体”


| 2.2 深挖数据价值与应用,让数据服务于人
大数据时代,各行各业都在讲“用数据说话”,但如何让数字主动“说话”,帮助企业实现智能化管理、作出明智决策才是真正的难题。一方面,数字化的本质是服务于人,数字化必须与智能化结合,为人提供智能化服务;另一方面,重大决策者始终是人,这就要求充分挖掘数据意义,让海量数据更具整合价值。

数字孪生技术在数据治理与数据管理上打破了虚拟与现实的边界,数据得以跨设备、跨产线、跨层级联动计算,通过交叉对比充分发挥数据价值。数字孪生全局掌握业务与工艺数据,并视觉化呈现在管理者眼前,以平台化的形式成为管理者的全局辅助。

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物理实体与数字孪生体对比-实体

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物理实体与数字孪生体对比-数字体


| 2.3 信息管理共建,引领产业数字化新篇章
我国数字化进程持续提速,数字孪生作为行业革新换代、产业升级的重要技术手段,也在扮演着愈发重要的角色。从数字化转型的视角来看,数字孪生的信息管理共建能力是打开数字化新篇章的钥匙。

依托视觉化、平台化特性,数字孪生可以串联研发、制造、管理、商务、物流等各个环节,实现全生命周期的信息管理共建,在个性化定制的产研共享运营平台中形成覆盖全产线、全链条的运维平台,以点破面击穿数字迷障,实现产业数字化革新。

03 万博思图的数字孪生世界
数字孪生概念兴起,各类数据可视化技术平台摩拳擦掌蓄势待发,万博思图也不例外。

目前,万博思图已经陆续为各行各业提供了精准数字化解决方案,受到业界广泛认可。在数字孪生领域,万博思图采用“一精多专,以点带面”的方法论,从不同行业角度逐步助力数字孪生世界的到来。

  • 首先,万博思图优先扎根自身具有丰富经验的智慧工厂领域,在整个行业仍“摸着石头过河”的情况下,从生产、环境、运营全方面把握,充分发挥经验、技术优势走在行业前沿。
  • 此外,万博思图也在同步前探智慧城市、智慧能源等领域,以精准的行业视野指导自身研究,再以扎实研究成果引领业界发展。

| 3.1 数字孪生:智慧工厂——产业全生命周期管理
数字孪生这一概念最初源自工业界。工业制造领域有一个名词叫做“产品生命周期管理”,指在互联网连接下,每个相关人员在产品的生命周期内协同地对产品开发、制造、销售进行管理,是企业信息化的重要组成部分。当映射现实的数字孪生体建立之后,“产品全生命周期管理”实时、准确地在数字孪生体与实体间建立同步关系,这就是数字孪生智慧工厂。在这一模式下,数据由单向流动进阶为双向流动,本体向孪生体输送信息,孪生体反馈、分析、预测信息,形成全局数据流通闭环。

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图:万博智慧工厂数字孪生案例


数字孪生的到来,给工业制造带来了显而易见的效率提升和成本下降,这使得几乎所有的工业巨头都在迫不及待地拥抱数字孪生技术。目前,国内工业科技企业纷纷开始布局数字孪生,万博思图参与其中,先后为多家世界级智慧工厂提供数字孪生技术支持。

  • 3.1.1 通过构建数字孪生体,工业管理已经进入透明化时代
  • 数字孪生构建了未来工厂管理模型,使工业管理从视觉先行、物联感知进化至模拟仿真阶段。万博思图能够通过数据引擎将厂区数据进行联动,实现工厂、车间、产线、设备的业务可视化展示和大屏看板指标的无缝通信,将智慧工厂方案归纳为经营层(工厂级)、管理层(车间级)、执行层(产线级)和机台层(工位/设备级)4个层级,并可对数据进行多维度的钻取整合,让平台管理流程与业务关联更加紧密,通过透明化管理增产提效。
  • 3.1.2 深挖大数据价值,实现更高阶段的数据分析与预测
  • 随着IoT与工业互联网等硬件设备的普及,大量数据被归纳、收集。万博思图支持接入、分析处理亿级数据,并通过个性3D可视化监控平台全面覆盖运维管理产线自动化领域,实现直观动态的区域空间状况展示,完整呈现工厂关键设备动作、物料流向、生产流程流畅度等。对于企业来说,通过数字孪生能够及时发现生产线隐含的问题,切实达到产线提效的目标。
  • 3.1.3 搭建虚拟实验室,低成本高效工程调试
  • 工程师们能够通过拟真的数字化模型在虚拟空间进行调试、实验,让机器的运行效果达到最佳。降低研发成本,提高产线维护效率。如今,数字孪生已经成为帮助经营管理、产品开发、过程重组的企业级支撑技术。


未来,万博数字孪生技术也将不断完善,不仅能够对过去的问题症结进行诊断,也力争广泛结合IoT、人工智能等技术,实现具有预测性质的科学数据管理,为业务决策提供数据依据,助力智慧工厂迈入数字化发展新阶段。

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图:万博数字孪生案例,数据实现双向流动


| 3.2 数字孪生:智慧城市——构建全局智能“元宇宙”
每一个风靡互联网的概念背后,都代表着当代互联网人对信息时代的理想期待。2021年“元宇宙”概念经典重生,人们相信在真实世界之外,还有一处由数据构成的世界,是与真实世界平行的虚拟空间。这个空间足够广泛,甚至超越了宇宙的界限。

如今5G及工业互联网技术极速发展,“万物互联”的愿景正在加速实现,云和端建立紧密连接,意味着更多的数据得以串联在一起。当数据量足够庞大,逻辑算法足够清晰,将能够构建一个有血有肉的数字“元宇宙”——数字孪生智慧城市。

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图:万博定制智慧城市解决方案案例


“元宇宙”能否被构建?如今各大城市在数字孪生领域的探索正是逐渐打开“元宇宙”的钥匙。

  • 3.2.1 广阔的城市数据,正在形成城市分析与规划数字新蓝图
  • 现代城市中,熙熙攘攘车水马龙是一种数据,水、电、气的输送与消耗是一种数据,一日三餐废物丢弃也是一种数据,在高楼广厦的轮廓下,涌动的数据映射着另一种状态的数字城市。万博思图通过依托自身成熟的大数据分析算法,一方面提供精准数据采集能力,一方面从算法层分析处理数据并实现可视化,助力构建科学的数字孪生体系,动态观察城市变化趋势,实现城市分析与规划、动态事件实时优化,为城市资源调度与敷设决策提供数据基础。
  • 3.2.2 数据分析预测,模拟仿真城市方案预演
  • 大到城市全景,小到街道社区,交错的城市场景中城市基建、水电气、交通信号灯等大量数据集结。这些数据在物联网、互联网双向网协同下产生价值。万博思图在数据分析与管理的基础之上搭建模拟仿真孪生体,能够以“模拟实验室”的方式进行灾害模拟与影响预测,进一步优化城市灾备方案、资源调度方案。


如今,以数字孪生技术为基础的“云协作+数据驱动”模式已经成为智慧城市新动能,旨在用数据串联起人们对“元宇宙”的期许,赋能一个万物互联的智慧城市。

| 3.3 数字孪生:智慧能源——推动行业绿色可持续变革
能源是社会发展的重要物质基础和经济驱动力,是人类赖以生存和发展的物质基础。纵观历史,人类文明的每一次重大进步都伴随着能源的改进和更替。元宇宙时代,“互联网+”与可视化技术进一步提升能源综合利用率,实现碳达峰碳中和是能源产业数字化进程中的重要目标。

  • 3.3.1 纵横贯通,构建智慧能源全景体系
  • 随着信息化、人工智能等技术辐射各行各业,传统能源行业迫切需要数字化转型升级和发展,从传统油、气、煤等一级能源,到水电、风电、太阳能等新型能源,均在数字化转型中实现行业降本提效,从宏观角度革新社会能源动力。
  • 数字孪生进一步融合利用信息,在数据实时采集的同时将实体数据实时映射给数字孪生体,在互联网技术支持下实现智慧化管理:①实现跨厂、贯通上下级的能源综合管理,将生产管理数据互通,海量分散信息综合处理,帮助行业客观、全面、本质地了解能源现状;②实现模型化管理,基于工厂模型构建制造设备的各类工艺、业务模型与规则,并与各种生产活动匹配,加深技术积累赋能行业革新。通过加载人工智能算法模块、仿真推演模块,执行控制一体化仿真验证能力,为上层应用提供技术赋能与统一开发服务,达到决策科学化的目的,真正赋能能源生态环境可持续发展。

  • 3.3.2 通过数据分析处理及可视化,助力新能源运行分析、优化
  • 数字孪生的众多特性中,其聚合数据综合分析、归纳、预测的能力是实现能源综合利用与合理调度的关键。基于数字孪生技术,万博思图进一步推动大数据和与人工智能融合,推动趋势分析,相关性分析,劣化分析,预测性分析等数据分析手段,在保障新能源日常运维工作的同时降低运营成本,实现具备前瞻预测性的生产和运营管理,推动“智慧能源”绿色、可持续变革。
  • 3.3.3 轻量化3D场景提升能源行业管理效率
  • 如今相比煤炭、石油等一级能源,水、风、太阳能等自然资源所产生的能源更加绿色、环保。在新兴的风电、水电生产环节,由于业务入口多操作繁杂、各系统独立,数据不流通,传统的人工运维管理模式已无法满足管理的需要,因此需要各类信息技术、通讯技术、自动化技术持续优化生产、传输、配送和使用过程。以万博DataVis为技术轴心,万博思图前探数字孪生智慧能源,在经过实地调研后,构建轻量化的数据可视化3D场景,进行的多物理量、多时空尺度、多概率的仿真过程,通过在虚拟空间中完成对智能电网的映射,从不同的形态来还原风机的运行状态,行业内外学者根据所得数据进行研究,推动风电运营科学管理与设备迭代研究。


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图:万博思图定制模拟仿真风电设备


综合来看,数字孪生智慧能源正在提速与“互联网+”技术进一步融合,实现更为科学高效的调度、管理,从行业结构优化的角度提高整体能源利用率,降低能源消耗,为能源行业带来变革契机。

04 万博思图的数字孪生技术
信息时代,数字化是产业革新的必然方向,数字孪生作为数据可视化领域的标杆技术,也将成为未来行业的新常态。万博思图发挥自身在数据可视化领域的积淀,直击行业症结,以DataVis技术群为坚实地基,在智慧工厂、智慧城市等领域扎根研究,在智慧能源领域放手前探,助力数字孪生这一前沿技术常态化发展。

| 4.1 视觉与技术并重,卓越3D建模与可视化分析展示
在数字孪生领域,数字孪生体的建立直接关系到整个数字孪生平台的呈现。想要做出优秀的数字孪生解决方案,不仅要求企业具备卓越的3D建模技术,还需要具备艺术设计能力、品牌策划思维。

  • 4.1.1 “底层技术+创意设计”成就卓越3D建模
  • 针对数字孪生领域,万博思图掌握精细化三维技术,能够实现仿真级三维建模,使数字孪生体高度模拟真实世界。此外,万博思图坚持“技术+设计”双驱动,在制作方案前进行长达2个月的实地调研,对工厂结构、管理层级做到心中有数,务必使3D建模符合企业运行逻辑。
  • 同时万博思图也极为重视视觉表现力,在3D组件建模、风格化设计方面走在时代前沿,致力于推出与品牌理念、品牌特征相得益彰,兼具科学实用与美学价值的数字孪生平台。如今,数字孪生不仅是产业数字化的关键一站,也是品牌建设的关键环节。万博思图坚持“技术+设计”双重驱动,让企业用户走向数字化品牌建设的快车道。
  • 4.1.2 创意视觉展示,让数据可视化赋能品牌增值
  • 如果将数据可视化业务理解为一台综合性的服务系统,那么视觉与交互就是这台设备的外设部分,是直观影响用户体验的关键。万博思图组建了专业设计团队,交互设计师专项专责,从客户的产品、价值理念、企业标识、行业特点等元素出发总结灵感,满足行业高层次需求。在万博,数据可视化可以非常有意思。

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图:万博自主设计的创意数据可视化图表


| 4.2 自研万博DataVis数据可视化平台,支持多源数据融合
在长达15年的数据可视化服务历程中,万博思图始终坚持技术先行,形成了以万博DataVis为中心的核心技术群。在数字孪生方面,万博DataVis支持数据接入、数据处理、数据分析等能力,内置数据聚合、统计等常用算法,支持灵活定制与可增量式扩展。

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图:自研万博Datavis架构图


此外,DataVis还支持企业级大数据分布式技术架构,能够实现毫秒级异构数据分析及海量原始数据输入;支持分布式模块设计,能够在百万级原始数据的基础上进行超大规模的数据处理需求。

IoT物联网硬件设备的普及让制造系统具有生产要素多样、动态生产路径配置等新特点,致使数据量爆发式增长。万博Datavis从底层框架构建起的稳健地基,让人、机、物自主通讯,将关乎决策的海量数据转换为实际价值,让数据真正服务于人。

| 4.3 赋能行业,推出自研数字孪生平台产品W-Twinsight
万博思图是数字可视化领域的先驱品牌,多年来为众多头部企业提供定制化数字孪生服务,积淀了深厚的技术底蕴。除定制服务外,万博思图还推出了自研数字孪生平台产品W-Twinsight,以期帮助更多企业实现可自主定制数字孪生功能。

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图:万博DataVis中的智慧工厂数字孪生搭建界面


W-Twinsight平台产品内置大量自研可视化3D组件模型,企业用户可以在“万博DataVis→大屏→数字孪生”中创建数字孪生项目,其后在模型库中自主选择环境、建筑、设备等可自定义拆分、扩展的组件,根据实际场景逐步搭建出数字孪生场景。

除此之外,W-Twinsight还提供了丰富的场景编辑选项,企业用户还可以通过设置光源(环境光、平行光、点光源)、背景环境(天空、山脉、地面、镜面)和特效等进一步优化孪生场景。场景建立后,依托DataVis能够快速实现数据对接,企业用户能够在短时间内自主搭建完整的数字孪生功能。

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图:万博DataVis中的智慧工厂数字孪生搭建界面


目前,W-Twinsight平台的应用主要集中在智慧工厂、智慧城市、智慧能源等领域,未来将逐渐涉及更多领域。

05 未来展望
“加快数字化发展,建设数字中国”是国家十四五规划的重要远景目标。如今,信息化技术飞速发展,以数据为关键要素的数字经济正成为推动全球经济发展的新动能。数字孪生作为新兴科技领域的数据可视化方式,是各行各业抢占数字化先手、加速产业革新的关键方式。万博思图依托自身强大的技术基础以及不断完善的产品体系,持续将数字可视化前沿技术传递给各行各业,赋能新模式、新生态下的广阔数字化前景和未来。

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