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微软管震:数字孪生的四个技术层次

微软管震:数字孪生的四个技术层次

2022年6月29日,在AspenCore主办的“2022国际AIoT生态发展大会”上,微软首席技术顾问管震针对数字孪生技术做了四个层次的分析。

“过去几年里,有很多人问我,数字孪生到底什么?按照百科的定义,数字孪生是物理世界到数字世界之间的投射,并且以大屏的形式投射出来。如果只是投射到大屏上,这是不是数字孪生呢?我认为不是,因为如果仅限于此,数字孪生就没有生命力。”LvVesmc

2022年6月29日,在由ASPENCORE、深圳市新一代信息通信产业集群联合主办的“2022国际AIoT生态发展大会”上,微软首席技术顾问管震针对数字孪生技术做了四个层次的分析。管震以不同的楼层来比喻数字孪生技术,数字孪生技术具体分为四个层次,其中第一层次是一楼,以此类二、三、四层分别对应二、三、四楼。每一楼层分别具有不同的特点,具体可以体现为以下——LvVesmc

第一个技术层次:映射

数字孪生技术的第一层次是物理世界到数字世界的映射。这些映射可以进一步显示,展示一些细节数据,比如“这是哪个厂房”,“有多少条产线”等信息都能显示,这是大家都能理解的数字孪生的体验。LvVesmc

在管震看来,这个过程是AIoT领域极其重要的组成部分,现在较多应用正处于这个阶段。“大量的高屋建瓴的应用,都需要这些技术的支撑。”这个技术指的是IoT,它能展示的信息包括:某个场景中热力图的分析、工厂里每条产线的生产节拍/生产流程或者工艺进展、有无残次品等。这些信息的展示需要IoT(物联网)、产业互联网、低功耗或有源通讯通道技术的支持。另外,在5G/ 6G技术普及的情况下,可通过边缘计算设备,来做数据的采集、本地数据处理和边缘推理等工作。这是微软擅长且正大力投入精力做的事。LvVesmc

这个工作是打基础的一个过程。“如果不打下这个基础,上面的建筑根本无法做起来。我们有一个精通算法的合作伙伴,它的算法可在APS、生产管理等在多约束条件下运行,可以得到‘如何排班’‘如何采购’‘库存怎么调’等信息。当然,算法再厉害也需底层的支持。”LvVesmc

物理世界到数字世界之间怎么映射?“这是一对一的映射,这个映射是有条理的。比如直升机做映射时——首先,它的每个零件都能拆出来且具有ID号,这个ID能正确反映零件在生产中所处的位置。其次,映射到数字世界时,要划一个结构来描述直升机的样子,这叫数字孪生定义语言(DGTL)。直升机描述出来后就能在里面建立映射。当直升机的零件被生产、组装时,就可以参考这个映射的图来拼装。”LvVesmc

生产每一个零部件时,用到的设备、系统都不一样,它们的处理流程也不一样,因此在不同阶段里用到的描述也可能不同。物理世界建立到数字世界之间映射时,还有一个大问题要解决——即物理世界可能会有各种语言描述,但物理世界产生业务价值需依赖数据,这些数据如果不统一,就无法在接下来产生价值。这会暴露出很多问题,不仅涉及到数据格式,还涉及到不同的协议、平台、语言等问题。LvVesmc

第二个技术层次:交互

数字孪生技术的第二层次是交互。满足第一层次的映射后就来到了交互层面。在经历映射之后,每一个零部件都有ID,如果在生产过程发现有异常,或者某个零部件有暇疵,就需要对它做进一步操作。数字孪生不但能看到其中发生了什么,还能与它形成交互。LvVesmc

值得注意的是,这个操作不仅是人和机器的交互,比如某台机器停了,通过人力来重启机器,而且还包括机器对机器的交互。微软希望能把交互,从人与机器的范围,扩大到机器与机器上,在元宇宙和物理世界之间建立强有力的联系。LvVesmc

关于交互,2019年微软在技术大会上展示了一个Demo,这个Demo显示的画面中有两个女人,其中一个戴着HoloLens眼镜,另一个是远程投屏上的人,通过数字孪生的交互,即使是在不同的地方,也能体验到非常逼真的面对面交流的效果。LvVesmc

管震介绍说,原计划这个技术应该用在远程会议上,但是后面发现如果用会议上,还有解决一些问题,包括远程的人要怎么传送过来,他的肢体语言、正在说的话要被录音设备、录像设备实时传送,就算不考虑带宽问题,也需要光栅实时扫描、重新建模投射出去。考量以上因素,这个应用到现在还无法在线上会议中落地。LvVesmc

Demo中的那套光栅的售价几百万美元起步。管震认为,除了办公之外,应该还能用在其他场景。Demo展示的算法的厉害之处是,让物理世界与虚拟世界之间的融合界限越来越模糊。在Demo中,对面桌子的是虚拟的,对面的人是实时传送的,这通过6个深度摄像头,结合算法重构功能实现。他相信,该场景将有可能成为现实。LvVesmc

第三个技术层次:建模

数字孪生技术的第三层次是建模。“如何描述物理世界中发生的事,以及怎么认识这件事。比如,一个人的自我介绍,反映出个人是怎样的属性,是个人了解世界的方法,这个方法称为本体论,这是一个简单的方法,但并非所有的方式和描述都是精准的,目前计算机以这样的方式来认识世界。”LvVesmc

描述一个数字孪生体、数字孪生解决方案时,也是这样表述的——比如这是一栋楼,这栋楼下有第一层、第二层、第三层、第四层,其中第一层多少个房间,每个房间有哪些传感器和设备。这样一层一层下来,如果与别的东西发生交互,每条线还可以写参数,这样的过程建立起来后,就能实现对某一个物体,或者物体与物体之间的交互。LvVesmc

一张图像要怎么变成数字孪生的计算机语言?以能源行业为例,在github平台上,先定义建筑、能源等模板,在实际应用中,再在模版基础上做修改。这一过程中,如果需要增加一个计算、推理的模块,比如英特尔的边缘计算模块,使得它能在运算后得到结果。只需把某模块改成指向类开放模型接口。企业可通过建立的业务模型,来实现对自己的供应链、生产环节、研发负责,这个业务模型需要非常大的技术沉淀。LvVesmc

原材料研发可能要试验一万种材料,哪种结构适合或不合适,适合什么工艺等,可通过数字孪生的工具,以逻辑图谱的形式体现。该图谱就是企业未来产品的竞争力。建立了图谱之后,产品就可以快速迭代,这是数字孪生带来的作用。LvVesmc

第四个技术层次:演绎

数字孪生技术的第四层次是演绎。管震介绍了两个数字孪生结合的案例。LvVesmc

MCS提供仿真软件,也有数字孪生技术,PGC有数字孪生技术,MCS、PGC与微软数字孪生结合。这是松耦合,通过统一语言把不同的数字孪生结合在一起,实现1+1大于2的效果。在各生产流程中,它的各项工序都是实时体现。如果原材料供应不足,或者某个生产环节停滞,它所带来的影响能提前被预知,这种方案可以用在很多地方。LvVesmc

目前,微软围绕数字孪生技术没有推出平台,Azure IoT、Azure Digital Twins是工具,主要是帮助大家建立映射。另外,Synapse Analytisc、AI&Projec Bonsai也是工具。管震强调说,即便微软未来推出平台,也是为了让大家容易理解。LvVesmc

责编:Clover.li
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李晋
国际电子商情助理产业分析师,专注汽车电子、人工智能、消费电子等领域的市场及供应链趋势。
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