數(shù)字化、數(shù)字經(jīng)濟和數(shù)字孿生、數(shù)字+

道法—自然
數(shù)字孿生,顧名思義,是指針對物理世界中的物體,通過數(shù)字化的手段來構(gòu)建一個數(shù)字世界中一模一樣的的實體,藉此來實現(xiàn)對物理實體的了解、分析和優(yōu)化。

數(shù)字化

數(shù)字化是比特取代原子(即物理世界)的過程,比特即計算機通過0和1存儲信息,通過這樣簡化為0和1的比特表示物理世界,這樣的過程就是數(shù)字化。

根據(jù)是物體本身變?yōu)閿?shù)字還是物體本身不變,而是通過科技手段模擬出一個虛擬的同胞,即數(shù)字同胞,可以分為物體的數(shù)字化和數(shù)字孿生。

互聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)是傳輸比特,移動比特比移動原子更快、成本更低。只移動比特就能完成數(shù)據(jù)的傳輸,無需磁盤硬件。

原子只能有限的人使用,使用的人越多,會變得越少;比特可以由無限的人使用,使用的人越多,價值越多,這也是互聯(lián)網(wǎng)的長尾價值所在。

數(shù)字化第一重天是計算機,產(chǎn)生比特,使虛擬世界成為可能;

數(shù)字化第二重天是互聯(lián)網(wǎng),讓人們能傳輸比特;

數(shù)字化第三重天是數(shù)字經(jīng)濟,本質(zhì)是讓人們不僅僅能傳輸比特,通過處理比特,反過來改變和影響原子。

數(shù)字經(jīng)濟

數(shù)字經(jīng)濟時代是農(nóng)業(yè)經(jīng)濟、工業(yè)經(jīng)濟之后的一種新的社會發(fā)展形態(tài),這種以比特為基礎(chǔ)的全新模式,不同于互聯(lián)網(wǎng)時代將比特和原子割裂的狀態(tài),數(shù)字經(jīng)濟是將比特和原子放在一起,思考他們的互聯(lián)關(guān)系。

從互聯(lián)網(wǎng)到信息物理系統(tǒng)到信息物理生物系統(tǒng)的過程,數(shù)字化逐步深入演變,更強調(diào)人機互動,虛擬和物理世界的界限會逐步消失。

【這個過程可以理解為物理世界本身的數(shù)字化和物理世界數(shù)字孿生體的出現(xiàn)】

【結(jié)合此點理解有:我認為學校提出的數(shù)字化不是簡單的數(shù)字+物理世界某個實物,而是分為物理世界本身的數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級和衍生出物理世界的數(shù)字孿生體兩個方面;基于這一點可以在優(yōu)化原有專業(yè)方向的基礎(chǔ)上往這兩個方面建設(shè)發(fā)展;】

嵌入式系統(tǒng)和機器人——數(shù)字化和數(shù)字孿生

智能控制或工業(yè)4.0——機器智能和數(shù)字孿生

電氣電網(wǎng)——數(shù)字電網(wǎng)或數(shù)字孿生

工業(yè)(制造業(yè))數(shù)字化

工業(yè)1.0到工業(yè)4.0并不是迭代的關(guān)系,而是并存的關(guān)系,有的企業(yè)在工業(yè)1.0狀態(tài)最佳,有的企業(yè)在工業(yè)4.0狀態(tài)最佳,這取決于市場。

工業(yè)數(shù)字化的方向在于如何通過比特和原子的聯(lián)系,改變生產(chǎn)方式,實現(xiàn)快速的反應和定制化。

農(nóng)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型

需要解決優(yōu)化生產(chǎn)效率,提升農(nóng)產(chǎn)品的標準化,提升質(zhì)量的穩(wěn)定性和可追溯性的問題。

農(nóng)業(yè)數(shù)字化的發(fā)展方向大致有3個:

——單一的數(shù)字農(nóng)業(yè)技術(shù)向數(shù)字集成化和高度自動化發(fā)展

——信息資源分散向農(nóng)業(yè)資源共享協(xié)作化發(fā)展

——農(nóng)業(yè)服務方式單一向數(shù)字化農(nóng)業(yè)定制化發(fā)展

醫(yī)療數(shù)字化轉(zhuǎn)型

數(shù)字醫(yī)療的主要趨勢是優(yōu)化醫(yī)療流程、開發(fā)共享和重用醫(yī)療數(shù)據(jù)以及保護個人隱私。

如何分析利用醫(yī)療背后的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù),可能是未來數(shù)字醫(yī)療從業(yè)者的研究重點。

【健康+對我們專業(yè)或?qū)W院來說是如何利用好醫(yī)療背后的非結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù),來指導輔助醫(yī)療設(shè)備的研發(fā)未來的研究重點?!?/p>

輔助行走

康復醫(yī)療

智能看護

智能服務

打造“數(shù)字廣西云”實現(xiàn)數(shù)字政府、數(shù)字經(jīng)濟、數(shù)字社會全覆蓋,實現(xiàn)政務和行業(yè)大數(shù)據(jù)的匯聚、融通,使聚集的數(shù)據(jù)產(chǎn)生化學反應,打造出基于大數(shù)據(jù)的新經(jīng)濟、新業(yè)態(tài),使數(shù)字經(jīng)濟成為助推廣西社會經(jīng)濟高速發(fā)展的新引擎、新動能。

數(shù)字孿生

數(shù)字孿生,顧名思義,是指針對物理世界中的物體,通過數(shù)字化的手段來構(gòu)建一個數(shù)字世界中一模一樣的的實體,藉此來實現(xiàn)對物理實體的了解、分析和優(yōu)化。

2002年密歇根大學教授Dr.Michael Grieves在發(fā)表的一篇文章中第一次提出了數(shù)字孿生概念,他認為通過物理設(shè)備的數(shù)據(jù),可以在虛擬(信息)空間構(gòu)建一個可以表征該物理設(shè)備的虛擬實體和子系統(tǒng),并且這種聯(lián)系不是單向和靜態(tài)的,而是在整個產(chǎn)品的生命周期中都聯(lián)系在一起。

顯然,這個概念不僅僅指的是產(chǎn)品的設(shè)計階段,而延展至生產(chǎn)制造和服務階段,但是由于當時的數(shù)字化手段有限,因此數(shù)字孿生的概念也只是停留在產(chǎn)品的設(shè)計階段,通過數(shù)字模型來表征物理設(shè)備的原型。

數(shù)字孿生概念的不同形態(tài)

數(shù)字孿生技術(shù)貫穿了產(chǎn)品生命周期中的不同階段,它同PLM(Product Lifecycle Management)的理念是不謀而合的。可以說,數(shù)字孿生技術(shù)的發(fā)展將PLM的能力和理念,從設(shè)計階段真正擴展到了全生命周期。

數(shù)字孿生以產(chǎn)品為主線,并在生命周期的不同階段引入不同的要素,形成了不同階段的表現(xiàn)形態(tài)。

設(shè)計階段的數(shù)字孿生

在產(chǎn)品的設(shè)計階段,利用數(shù)字孿生可以提高設(shè)計的準確性,并驗證產(chǎn)品在真實環(huán)境中的性能。

這個階段的數(shù)字孿生,主要包括如下功能:

數(shù)字模型設(shè)計:使用CAD工具開發(fā)出滿足技術(shù)規(guī)格的產(chǎn)品虛擬原型,精確的記錄產(chǎn)品的各種物理參數(shù),以可視化的方式展示出來,并通過一系列的驗證手段來檢驗設(shè)計的精準程度;模擬和仿真:通過一系列可重復、可變參數(shù)、可加速的仿真實驗,來驗證產(chǎn)品在不同外部環(huán)境下的性能和表現(xiàn),在設(shè)計階段就驗證產(chǎn)品的適應性。

例如,在汽車設(shè)計過程中,由于對節(jié)能減排的要求,達索幫助包括寶馬、特斯拉、豐田在內(nèi)的汽車公司利用其CAD和CAE平臺3D Experience,準確進行空氣動力學、流體聲學等方面的分析和仿真,在外形設(shè)計通過數(shù)據(jù)分析和仿真,大幅度地提升流線性,減少了空氣阻力。

制造階段的數(shù)字孿生

在產(chǎn)品的制造階段,利用數(shù)字孿生可以加快產(chǎn)品導入的時間,提高產(chǎn)品設(shè)計的質(zhì)量、降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本和提高產(chǎn)品的交付速度。

產(chǎn)品階段的數(shù)字孿生是一個高度協(xié)同的過程,通過數(shù)字化手段構(gòu)建起來的虛擬生產(chǎn)線,將產(chǎn)品本身的數(shù)字孿生同生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)過程等其他形態(tài)的數(shù)字孿生高度集成起來,實現(xiàn)如下的功能:

生產(chǎn)過程仿真:在產(chǎn)品生產(chǎn)之前,就可以通過虛擬生產(chǎn)的方式來模擬在不同產(chǎn)品、不同參數(shù)、不同外部條件下的生產(chǎn)過程,實現(xiàn)對產(chǎn)能、效率以及可能出現(xiàn)的生產(chǎn)瓶頸等問題的提前預判,加速新產(chǎn)品導入的過程;數(shù)字化產(chǎn)線:將生產(chǎn)階段的各種要素,如原材料、設(shè)備、工藝配方和工序要求,通過數(shù)字化的手段集成在一個緊密協(xié)作的生產(chǎn)過程中,并根據(jù)既定的規(guī)則,自動的完成在不同條件組合下的操作,實現(xiàn)自動化的生產(chǎn)過程;同時記錄生產(chǎn)過程中的各類數(shù)據(jù),為后續(xù)的分析和優(yōu)化提供依據(jù)。關(guān)鍵指標監(jiān)控和過程能力評估:通過采集生產(chǎn)線上的各種生產(chǎn)設(shè)備的實時運行數(shù)據(jù),實現(xiàn)全部生產(chǎn)過程的可視化監(jiān)控,并且通過經(jīng)驗或者機器學習建立關(guān)鍵設(shè)備參數(shù)、檢驗指標的監(jiān)控策略,對出現(xiàn)違背策略的異常情況進行及時處理和調(diào)整,實現(xiàn)穩(wěn)定并不斷優(yōu)化的生產(chǎn)過程。

例如,寄云科技為蓋板電子玻璃產(chǎn)線構(gòu)建的在線質(zhì)量監(jiān)控體系,充分采集了冷端和熱端的設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù),并通過機器學習獲得流程生產(chǎn)過程中關(guān)鍵指標的最佳規(guī)格,設(shè)定相應的SPC監(jiān)控告警策略,并通過相關(guān)性分析,在幾萬個數(shù)據(jù)采集點中實現(xiàn)對特定的質(zhì)量異?,F(xiàn)象的診斷分析。

服務階段的數(shù)字孿生

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的成熟和傳感器成本的下降,很多工業(yè)產(chǎn)品,從大型裝備到消費級產(chǎn)品,都使用了大量的傳感器來采集產(chǎn)品運行階段的環(huán)境和工作狀態(tài),并通過數(shù)據(jù)分析和優(yōu)化來避免產(chǎn)品的故障,改善用戶對產(chǎn)品的使用體驗。

這個階段的數(shù)字孿生,可以實現(xiàn)如下的功能:

遠程監(jiān)控和預測性維修:通過讀取智能工業(yè)產(chǎn)品的傳感器或者控制系統(tǒng)的各種實時參數(shù),構(gòu)建可視化的遠程監(jiān)控,并給予采集的歷史數(shù)據(jù),構(gòu)建層次化的部件、子系統(tǒng)乃至整個設(shè)備的健康指標體系,并使用人工智能實現(xiàn)趨勢預測;基于預測的結(jié)果,對維修策略以及備品備件的管理策略進行優(yōu)化,降低和避免客戶因為非計劃停機帶來的損失;優(yōu)化客戶的生產(chǎn)指標:對于很多需要依賴工業(yè)裝備來實現(xiàn)生產(chǎn)的工業(yè)客戶,工業(yè)裝備參數(shù)設(shè)置的合理性以及在不同生產(chǎn)條件下的適應性,往往決定了客戶產(chǎn)品的質(zhì)量和交付周期。而工業(yè)裝備廠商可以通過海量采集的數(shù)據(jù),構(gòu)建起針對不同應用場景、不同生產(chǎn)過程的經(jīng)驗模型,幫助其客戶優(yōu)化參數(shù)配置,以改善客戶的產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。產(chǎn)品使用反饋:通過采集智能工業(yè)產(chǎn)品的實時運行數(shù)據(jù),工業(yè)產(chǎn)品制造商可以洞悉客戶對產(chǎn)品的真實需求,不僅能夠幫助客戶加速對新產(chǎn)品的導入周期、避免產(chǎn)品錯誤使用導致的故障、提高產(chǎn)品參數(shù)配置的準確性,更能夠精確的把握客戶的需求,避免研發(fā)決策失誤。

例如,寄云科技在為石油鉆井設(shè)備提供的預測性維修和故障輔助診斷系統(tǒng),不僅能夠?qū)崟r采集鉆機不同關(guān)鍵子系統(tǒng),如發(fā)電機、泥漿泵、絞車、頂驅(qū)的各種關(guān)鍵指標數(shù)據(jù),更能夠根據(jù)歷史數(shù)據(jù)的發(fā)展趨勢,對關(guān)鍵部件的性能進行評估,并根據(jù)部件性能預測的結(jié)果,調(diào)整和優(yōu)化維修的策略;同時,還能夠根據(jù)鉆機的實時狀態(tài)的分析,對鉆井的效率進行評估和優(yōu)化,能夠有效的提高鉆井的投入產(chǎn)出比。

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