您的位置 首页 资讯

企业数字化转型中的数字孪生

从城市规划看数字孪生的两个重要特征

在2019年的达沃斯年会期间,一家美国公司“真城市”向世人发布了一款基于数以百计物联网模块和公共数据库集合而成的实时模拟的数字城市。

如果仅仅是一个高度拟真的虚拟城市,类似电子游戏中的一些城市情景,则这项新技术并没有太多值得我们刮目相看的地方。

“真城市”的这个项目吸引人的独特之处就在于这个虚拟城市其实就是一个现实中真正印度城市的虚拟版。该项目允许用户通过实时更新的拟真端口来监测真正城市中所有正在发生的施工、交通、环境、公共安全、能源消耗和建筑占用情况。

对于现实生活中那座印度城市来说,仿佛多了一座一模一样的虚拟孪生姐妹城市。这正是数字孪生技术在城市规划上的一个典型应用。

从这个例子可以看出数字孪生技术最重要的特征之一为“实时动态”,也就是能够通过这项技术为城市规划者、政策制定者、资源管理者和资产所有者提供一个比静态数字模型更鲜活和更具象化的模拟器。

目前基于数字孪生技术的城市规划和建设正在全球范围内普及开来。据英国媒体报道,苏格兰格拉斯哥市的“未来城市”计划也使用了类似的工具。

据外媒报道,该工具一旦建成后,将允许市民通过类似手机客户端的入口进入到他们的实时虚拟城市中,允许他们在一个互动地图上看到每个地段和房屋的实时碳排放数据以及环境状况数据。

市民们还能在这个工具中实时地看到城市各个角落的繁忙程度和新鲜蔬菜、肉制品供应信息,足不出户就能查询到几乎包罗万象的生活讯息。

可见,数字孪生在城市规划上的应用还可以延伸到市政管理层面。该技术通过视觉模拟或动态数据让市民直接查看到各个规划项目最实时的各种参数和进度;让市民提前体验未来这些项目建成后将如何改变他们的居住环境。

这就好比如果我所在的小区门口要新建设一座高架快速路的匝道口。通过数字孪生技术,基于真实的车流和行人模拟,我可以提前看到新匝道建成后会不会造成小区里行人出行的不便,以及新增的车流会不会影响小区汽车的出行等等信息。

综上,我总结出了数字孪生技术的第二个重要特征——“预测性的拟真”

读完了上述数字孪生的两个重要特征,读者们是否有种“似曾相识”的感觉?

确实,数字孪生的这些特征和目前被热议的元宇宙概念有诸多相同之处,而且这绝不是巧合。

隔壁老邢查阅了一些关于元宇宙和数字孪生相关的学术文献和商业研究,发现很多研究都将数字孪生归结为元宇宙的一个重要应用技术层。

由此,下文将首先尝试为各位理清元宇宙概念下的数字孪生技术架构,随后简要地解析数字孪生技术架构在企业数字化转型中的重大作用。

数字孪生与元宇宙

各位从去年下半年以来是不是已经被元宇宙的相关消息“狂轰乱炸”一番了呢?

一位广告界的资深从业人告诉我,现在他们团队在为广告客户的某个产品进行创意发散时候已经刻意避免从元宇宙角度出发来进行创作了,因其“在广告圈已经用烂了”。

确实,包括虚拟明星、虚拟世界在内的很多元宇宙主题早已经频繁出现在大街上各个产品的海报以及各类媒体的广告投放中。

有时我都觉得元宇宙目前在全世界横跨文学到硬科技几乎所有范畴内的突然崛起似乎比电影《头号玩家》或者文学《雪崩》中的科幻情节更具“戏剧化的魔幻现实”。

这波“元宇宙”概念热也在商业世界中狂泄。早前脸书公司宣布要几乎整体转型成一家以元宇宙为主业的公司。综合各主流财经媒体分析,最近微软用相当于其过去五年所有收购总和的687亿美元收购游戏公司动视暴雪的主因,就是为了从游戏市场切入元宇宙。

除此之外,据外媒最新的报道,苹果公司有望在2022年发布一款XR(扩展现实)设备;就在几乎同时,谷歌已经组建了数百人的团队开始秘密研究AR(现实增强)头盔。

虽然谷歌和苹果都回避谈及元宇宙这个名词,但XR/AR技术本身就是让使用者可以在穿戴头盔时候将虚拟的数据信息叠加到真实世界影像中,让使用者除了可以置身于真实的感官图景之外,还能实时看到附注在这些实景上的数据参数,从而让人体验到智能数字化加持后的真实世界。

从中我们不难看出,XR/AR技术实际上就是元宇宙应用矩阵里的重要一环。

我在之前的文章中写过,元宇宙不精准地说是一个平行且独立于现实世界的虚拟空间,是映射现实生活中所有多姿多彩情景的在线世界。

其实,不管是将虚拟空间映射进现实世界还是将现实世界投射到虚拟世界,从本质上讲,数字孪生也和XR/AR技术这样的虚拟现实穿戴设备一样,是元宇宙概念中必需的“硬科技”基础以及应用方案。

但是数字孪生和XR、AR等同属元宇宙概念的硬科技还是有一定的区别,主要体现在以下两个方面:

  • 和其他元宇宙技术(比如XR/AR)不同,数字孪生是一个已经发展多年且较为成熟的技术架构。

据华安证券去年底的一篇研报指出,数字孪生起源于1960年代美国的阿波罗登月计划。当时NASA的科学家制造了两个完全相同的航天器,一个发射到太空而另一个留在车间,留在地球的那个航天器完全模拟其在太空中的“兄弟”做出各种机动动作,从而让工程师们观测到较接近太空真实情况的参数和情形。

数字孪生在21世纪初就已经初步有了其学术范式化定义。2003年一位来自密歇根大学的美国教授从产品全生命周期管理角度出发,指出数字孪生就是在虚拟空间构建数字模型来与物理实体进行交互映射,忠实展现出物理实体全生命周期内的运行轨迹。

数字孪生技术架构的成熟度还体现在其已经被大量头部企业广泛采用。

最典型的例子要数英伟达的Omniverse平台。据英伟达官网介绍,Omniverse是一个基于英伟达RTX技术来支持虚拟协作和物理精确模拟的开放平台。其利用“通用场景描述”(USD),来实现实时的三维可视化和仿真模拟。

宝马和沃尔沃汽车已经利用Omniverse构建了自己工厂的数字孪生系统来提升效率。

比如,据金融时报报道,英伟达和宝马的工程师一起将整个汽车制造工厂在Omniverse上高精度地模拟出来,从而能够在这个虚拟工厂中先行仿真调整生产流水线以及物流设计,测量虚拟工厂的每个生产节点和工序流程,从而避免了在物理工厂做这些调整所需要耗费的巨额成本和较大风险。

  • 和其他元宇宙概念中的技术(比如XR/AR)不同,数字孪生是一个专为企业提供数字化转型的解决方案,一般没有对个人端的应用。

我们先来看一下数字孪生在投研界以及传播界的标准定义。

按照东吴证券一篇研报的定义,数字孪生是具有数据连接的特定物理实体或过程的数字化表达,该数据连接可以保证物理物理状态和虚拟状态之间的同速率收敛,并提供物理实体或流程的整个生命周期的集成视图,有助于优化整体性能。

按照清华大学新闻与传播学院最近发布的《元宇宙发展研究报告2.0版》,从传播学角度将数字孪生定义为一个拟真的动态孪生体,其表现形式为将现实世界完全镜像到虚拟世界中,在虚拟空间内建立包括人、物品、环境等要素在内的实时、动态的拟真。

如下图所示,该报告还从元宇宙概念角度总结出了数字孪生的应用场景。我们可以看出,数字孪生主要的应用场景是在企业端,特别适用于企业数字化转型中的研发环节。

由上图可见,在城市规划、建筑、工程、制造、医疗和农业等B端(企业端)领域,基于物联网、超级算力、人工智能、精密工业设计以及大数据技术的综合数字孪生技术可以被广泛用于实施实时监控、系统远程控制、情景测试和战略规划等功能。

数字孪生有助企业完成数字化转型

在厘清了元宇宙概念下的数字孪生概念后,下文中我将简要分析数字孪生技术在企业数字化转型中的重要作用。

据BCG波士顿咨询近期的一篇题为《价值驱动、产品导向的数字化转型落地》的微信原创文指出:“虽然多数企业都已经或者正在进行数字化转型的规划设计,从业务转型的战略角度入手,对业务体系进行了梳理和改造,对IT技术体系进行了分析和设计,对现有的团队能力进行了评估和未来的设计。但在数字化转型过程中,仅仅考虑战略的明确、组织的补充、技术的刷新是远远不够的,还需要落地数字化产品,使其真正能为业务创造价值。”

我认为数字孪生技术架构正是解决上述“落地数字化产品,使其真正能为业务创造价值”的具体技术架构方案之一。

目前,除了前文提到的“真城市”以及“宝马和英伟达”的案例,我们还能看到不少企业应用数字孪生成功地实施了数字化转型的案例。

比如英国著名零售商玛莎百货就利用微软提供的数字孪生解决方案,利用高灵敏度的视觉捕捉传感器、高算力芯片,以及机器学习模型构建了一个实时监测其实体超市的“孪生拟真超市”,从而帮助这家大型零售商实现精确实时人员布置;精准地调节冷链温度;合理安排结账机位等等降低成本的计划,并提升了客户的服务体验,较大幅度增加了其效益。

另一家地理空间的创新企业SenSat就开发出了一套基于数字孪生的空间实时监测产品组合。该产品能帮助那些传统的基于卫星GPS的电子导航提供商(比如百度地图)优化原有产品的服务体验,通过数字孪生技术来实时模拟真实环境,并分析所得到的数据来优化这些公司原有的电子地图(比如街景3D地图)。据外媒报道,SenSat的这套创新产品已经被用在了英国最新高铁的建设上。

从下图来自东吴证券一份研报的模型可以看出,从产业链上讲,从基础层一直到细分领域的应用层;从制造业到服务业;从初创企业到头部巨头,数字孪生能有力地推动企业数字化转型,并赋能企业创新能力。

写在最后

同时,我们也要看到,数字孪生目前的发展并不是十全十美的。MIT计算机系系主任Ozdaglar教授去年接受一家媒体采访时指出,目前一些头部企业所开发的数字孪生技术架构还需在安全性、隐私性等方面做出优化。

她举例道:“比如利用高精度传感器收集视频实时数据是否会侵犯个人隐私?利用高性能计算得出的驾驶路线调整虽然能避免交通拥堵道路,但要是把汽车都带进孩子们较多的小路就会产生极大的隐患。”

热门文章

发表评论

您的电子邮箱地址不会被公开。