數(shù)字孿生：透視前世今生

 

      在過去幾年，數(shù)字孿生的熱度不斷攀升，可以說是時下最流行的熱詞之一，有時候，我也時常在想，人體復制有“克隆”，物體復制是不是就是“數(shù)字孿生”，只不過是一個是有生物學特征，一個是純數(shù)字的物理世界（不知道準不準確，歡迎拍磚）。那今天我們就一起來認識一下什么是“數(shù)字孿生”，以及在環(huán)保水務領域都有哪些場景的應用。

 

  

     什么是數(shù)字孿生？

      這個頻繁出現(xiàn)在各大峰會論壇的演講主題之中的“寵兒”到底是何方神圣？數(shù)字孿生英文名叫Digital Twin，也被稱為數(shù)字映射、數(shù)字鏡像。它的官方定義非常復雜，是這么說的：數(shù)字孿生，是充分利用物理模型、傳感器更新、運行歷史等數(shù)據(jù)，集成多學科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過程，在虛擬空間中完成映射，從而反映相對應的實體裝備的全生命周期過程。姑且這么理解，數(shù)字孿生就是在一個設備或系統(tǒng)的基礎上，創(chuàng)造一個數(shù)字版的“克隆體”。這個“克隆體”，也被稱為“數(shù)字孿生體”。它被創(chuàng)建在信息化平臺上，是虛擬的。在水務行業(yè)，有人稱呼它“數(shù)字雙胞胎”。

     數(shù)字孿生的特點

     理解數(shù)字孿生，必須記住這四個關鍵詞：會動、“全生命周期”、“實時/準實時”、“雙向”。

     會動，相比于設計圖紙，數(shù)字孿生體最大的魅力在于：它是對實體對象的動態(tài)仿真。也就是說，數(shù)字孿生體是會“動”的。而且，數(shù)字孿生體不是隨便亂“動”。它“動”的依據(jù)，來自實體對象的物理設計模型，還有實體上面?zhèn)鞲衅鞣答伒臄?shù)據(jù)，以及實體運行的歷史數(shù)據(jù)。說白了，實體對象的實時狀態(tài)，還有外界環(huán)境條件，都會復現(xiàn)到“孿生體”身上。如果需要做系統(tǒng)設計改動，或者想要知道系統(tǒng)在特殊外部條件下的反應，工程師們可以在孿生體上進行“實驗”。這樣一來，既避免了對實體的影響，也可以提高效率、節(jié)約成本。

      應用到水務行業(yè)，比如我們熟悉的城市污水廠、村鎮(zhèn)污水廠、自來水廠、海淡廠等場景，有一些應急演練，比如一些極端情況，廠區(qū)遭遇大暴雨、突然斷電、不明物入侵等，我們的運營人員可以提前演習，預警系統(tǒng)也可以預警報警，有助于保持廠區(qū)平穩(wěn)安全的生產(chǎn)運行，提高廠區(qū)的應急處理水平和綜合管理能力。

全生命周期”在工業(yè)制造領域，有一個詞叫做“產(chǎn)品生命周期管理（PLM）”。相信很多人都聽說過，全生命周期，是指數(shù)字孿生可以貫穿產(chǎn)品包括設計、開發(fā)、制造、服務、維護乃至報廢回收的整個周期。它并不僅限于幫助企業(yè)把產(chǎn)品更好地造出來，還包括幫助用戶更好地使用產(chǎn)品?；貧w到水務領域的應用場景，數(shù)字孿生可以對整個廠區(qū)，及廠區(qū)的人、物、設備等各要素運行數(shù)據(jù)實時動態(tài)監(jiān)測，并可對設備狀態(tài)進行全生命周期的運維，生成分析報表，指導和優(yōu)化生產(chǎn)經(jīng)營活動，提高廠區(qū)精細化管理水平。

實時/準實時”，是指實體對象和孿生體之間，可以建立全面的實時或準實時聯(lián)系。兩者并不是完全獨立的，映射關系也具備一定的實時性。

     雙向，是指實體和孿生體之間的數(shù)據(jù)流動可以是雙向的。并不是只能實體向?qū)\生體輸出數(shù)據(jù)，孿生體也可以向?qū)嶓w反饋信息。企業(yè)可以根據(jù)孿生體反饋的信息，對實體采取進一步的行動和干預。

      眾所周知，工業(yè)領域是數(shù)字孿生的主戰(zhàn)場，其次基建工程也是數(shù)字孿生的一個重要應用領域。尤其是對中國這個“基建狂魔”來說，引入數(shù)字孿生意義更加重大。我們在修建高速公路、橋梁等基礎設施前，完成對工程的數(shù)字化建模，然后在虛擬的數(shù)字空間對工程進行仿真和模擬，評估工程的結構和承受能力，還可以導入流量數(shù)據(jù)，評估工程是否可以滿足投入使用后的需求。在工程交付之后，還可以在維護階段評估工程是否可以承擔特殊情況的壓力，以及監(jiān)測可能出現(xiàn)的事故隱患。

      同理，環(huán)保設施很大一部分的前期投入也都在基建部分。剛才提到了城市污水廠、村鎮(zhèn)污水廠、自來水廠、海淡廠等的一些應用場景，其實還有流域水環(huán)境、水利、高校教學等場景也可以用?？偟膩砜矗畯S是我們環(huán)保水務領域運行的最基本單體結構，也是各級部門最直接的管理對象。因此，對水廠進行數(shù)字孿生成為一個重要的管理創(chuàng)新方向。

      2018年，金控數(shù)據(jù)變革性地開發(fā)出了適用于水務行業(yè)的數(shù)字孿生水廠，經(jīng)過近幾年的不斷積累迭代，已經(jīng)進化到3.0時代。金控數(shù)據(jù)打造的數(shù)字孿生水廠是基于三維建模、物聯(lián)感知、云計算、人工智能、VR虛擬現(xiàn)實等新一代信息技術，整合靜態(tài)數(shù)據(jù)、動態(tài)數(shù)據(jù)和生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)，以現(xiàn)實廠區(qū)的數(shù)字化鏡像以三維虛擬模型為基本呈現(xiàn)形式，精準映射還原水廠全生命周期運行過程。

      數(shù)字孿生水廠系統(tǒng)集成了水廠一張圖、水廠漫游展示、工藝流程模擬、設備VR操作、設備拆解、專業(yè)培訓、應急演練等多種業(yè)務應用場景，為運營管理提供決策支持，并實現(xiàn)水廠安全生產(chǎn)、精細化管理、對外宣展、員工內(nèi)部培訓等目的，建立數(shù)據(jù)驅(qū)動的智慧化運營模式。游戲引擎中開發(fā)的場景，速度和畫面順滑逼真，可帶給使用者身臨其境的浸入感和非一般的交互體驗。

      目前，金控數(shù)據(jù)數(shù)字孿生水廠已應用于某鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水運營管理平臺、某水務科學園項目等多個項目上，甚至成為某知名水務集團的標配。

      總而言之，數(shù)字孿生是一項非常有潛力的前沿技術，會給企業(yè)帶來豐厚的價值回報。為了保護該技術“高大上”的品牌基因，也請大家不要一窩蜂的上這款產(chǎn)品，因為不僅有點“貴”，而且維護也需要專業(yè)的技術人員，但也正因為如此，它的產(chǎn)出價值和尊貴的體驗將會大大超越你的想象。因為理論上它真的可以”洞悉過去，預知未來，優(yōu)化現(xiàn)在”。

      金控數(shù)據(jù)有專業(yè)的數(shù)字孿生開發(fā)團隊，也為國內(nèi)很多水廠、水務公司開發(fā)了數(shù)字孿生項目。歡迎垂詢。