在當下流行的“元宇宙”暢想中，人們想象虛擬平行世界的數字化生活。事實上，工業“元宇宙”或許離我們更近：互聯網和云計算潮流下，隨著網絡互聯設備與傳感器大量應用，以及5G網絡引入，為現實世界的基礎設施創造“數字孿生”成為可能。 數字孿生，即使用數字技術，為特定對象創造一個虛擬“副本”。這一做法最早可以追溯到早期的太空項目，當時，美國國家航空航天局制造模型來監測和修正航天器。隨著計算機算力的提升，模擬模型被替換為數字模型。 例如，在航天器的風洞實驗中，研究人員使用傳感器創建其飛行環境的數字孿生，再使用這些數據模型，優化航天器的物理布局，監控物理數據變化。而要在實體環境中獲得這些數據，是非常困難的。《經濟學人》預測，從工廠到汽車，萬事萬物都將有數字孿生體。微軟首席執行官薩蒂亞?納德拉(Satya Nadella)描述了數字孿生的好處，他認為，在強大計算能力和機器學習強化下，對現實世界日益精密的數字模擬，將會優化信息流和促進經濟增長。 數字孿生的產業鏈較長，涉及到計算機輔助設計、工程軟件管理、過程控制等，有時還涉及到人工智能和虛擬現實功能。不同的企業正在這條產業鏈上的不同環節發揮作用。 南洋萬邦希望解決的問題，是傳感器獲得數據后，如何推動業務發展。南洋萬邦資深業務副總經理王玨介紹，南洋萬邦目前與微軟合作的AIoT物聯網解決方案，將設備的3D數字化模型和產品融入現實環境當中，通過傳感器收集各種狀態數據，再進行分析，從而預測工廠的生產故障和錯誤，及時報告和解決。 過去，工廠在很多人心中只是一個將原材料輸入就能輸出形形色色成品的制造體系。德國政府于2013年正式提出的“工業4.0”概念，預示著整個制造業從工業3.0的信息化時代向智能化邁進，工廠會出現越來越多像《變形金剛》里那樣的機械化設備，而數字孿生則讓工廠的數字化進程更進一步。 王玨認為，智能制造尤其是智能工廠解決方案的難點在于，它其實是一個多學科、多維度、多技術、非常復雜的系統，涉及信息化技術、運營、管理等等。 另一方面，從服務升級的角度，在四五年前由零售渠道端率先推動的C2B模式，也就是“柔性供應鏈”，毫不客氣地加大了工廠端革命的復雜程度。 “我們擅長做的是把數據采集上來，接下來我們要做的是把這些物理世界的數據，讓它在數字環境、虛擬環境中重生，并且和物理世界形成聯動。”王玨說。 在南洋萬邦的AIoT物聯網方案中，3D數字化模型的部分由境騰科技負責。 境騰科技CEO張力告訴界面新聞，他們借助實時3D游戲引擎Unity，對工廠內部環境和機械設備進行可視化和模擬，然后在微軟的AR頭盔HoloLens等平臺上推出。目前在MR混合現實方案上，境騰科技是微軟大中華區首個金牌合作伙伴。 將數字孿生內容進行可視化呈現并不新鮮，但在工業領域仍然需要探索。張力向界面新聞記者介紹，剛開始為微軟的AR頭盔HoloLens開發AR應用方案時，曾考慮多個開發工具，最終選擇了游戲引擎Unity作為開發工具。 Unity具有簡易度高、跨平臺等優勢，通過Unity的開放接口和3D資產內容，境騰科技可以添加自己的插件進行二次開發，便于形成自己的網絡服務。 利用Unity這樣的游戲引擎開發工業領域的數字孿生產品，與游戲開發有不小的區別。王玨分析，面向工業應用不僅僅要考慮虛擬世界中的算力，更要考慮如何把物理實體中的表面參數、尺寸、狀態，在虛擬世界中互動、交互。 張力則指出，toC的游戲在場景設計時，更多是要考慮到用戶的游戲體驗，而從toB的角度上，更多強調的是如何能夠準確無誤地獲取信息，然后做出管理決策。 張力還介紹，在顆粒度上，可以將設備作為最小的單位拆解出來進行仿真模擬，依次還有車間、流水線、工廠級別的數字孿生，更大可拓展到產業層面。在不同的層級數字孿生將會產生不同價值，舉例來說，如果工廠的操作員能夠轉動數字模擬器中的旋鈕，測試提高運行速度的方法，工廠就能以更高效率運行，并減少浪費。 英偉達則推出虛擬協作平臺Omniverse，從3D圖形設計和仿真切入數字孿生領域。英偉達中國區高級技術市場經理施澄秋告訴界面新聞，在傳統的專業可視化垂直領域，比如AEC（建筑、工程和施工行業）、M&E（機械電子）或工業設計中，均有3D建模需求，英偉達長期看好這一市場。 以汽車產業為例，汽車推敲設計時需要制作油泥模型，再用油泥模型做流體力學的仿真，并根據試驗結果進行修改，不僅成本高，還有可能拉長整個研發周期。在英偉達GPU系統幫助下，可以一定程度降低這方面的風險。 此外，工業軟件公司達索系統、老牌樓宇自控企業江森自控等，也在為工業領域配置數字孿生。例如，江森自控在位于新加坡的OpenBlue創新中心大范圍安裝了傳感設備，其中包括測量風量的頂置式通風裝置，所有辦公家具上也裝有傳感器，以便及時了解各設施設備的狀態，再加上人工智能和大數據支持，生成建筑物理空間的數字孿生。 |
