2020年9月，國(guó)務(wù)院印發(fā)《關(guān)于加快推進(jìn)國(guó)有企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型工作的通知》，鼓勵(lì)運(yùn)用5G、云計(jì)算、區(qū)塊鏈、人工智能、數(shù)字孿生、北斗通信等新一代信息技術(shù)，探索構(gòu)建敏捷高效可復(fù)用的新一代數(shù)字技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施，為業(yè)務(wù)數(shù)字化創(chuàng)新提供高效數(shù)據(jù)及一體化服務(wù)支撐。在此背景下，各級(jí)政府和相關(guān)企業(yè)在不同產(chǎn)業(yè)、業(yè)態(tài)對(duì)數(shù)字孿生技術(shù)開展了有力探索和廣泛嘗試，推動(dòng)我國(guó)數(shù)字孿生應(yīng)用場(chǎng)景取得創(chuàng)新發(fā)展。其中，數(shù)據(jù)中心作為銀行信息處理的邏輯核心和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的物理載體，也在積極搭建全局視野、精準(zhǔn)映射、模擬仿真、虛實(shí)交互、智能干預(yù)等應(yīng)用場(chǎng)景，力求構(gòu)建未來數(shù)字銀行的智慧大腦。
數(shù)字孿生應(yīng)用場(chǎng)景
園區(qū)態(tài)勢(shì)感知。場(chǎng)景搭建中，內(nèi)部通過數(shù)字接口服務(wù)和數(shù)字感知交互，接入園區(qū)基礎(chǔ)環(huán)境系統(tǒng)和設(shè)備，延展和擴(kuò)充園區(qū)功能和感知密度。外部通過對(duì)接統(tǒng)一市政管理數(shù)據(jù)規(guī)范、統(tǒng)一行業(yè)數(shù)據(jù)規(guī)范，與政務(wù)服務(wù)和行業(yè)服務(wù)的系統(tǒng)及設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。突出園區(qū)整體運(yùn)營(yíng)概念，對(duì)園區(qū)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一分類和分析，全面反映園區(qū)整體運(yùn)營(yíng)狀態(tài)，信息動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)更新到可視化平臺(tái)中，包括人員統(tǒng)計(jì)、安防態(tài)勢(shì)、能源消耗情況、資產(chǎn)運(yùn)營(yíng)態(tài)勢(shì)、環(huán)境監(jiān)控情況等。
環(huán)境數(shù)字仿真。搭建園區(qū)各專業(yè)系統(tǒng)的數(shù)字仿真環(huán)境，連接同樣的環(huán)境參數(shù)，將孿生模型推演結(jié)果與自控系統(tǒng)運(yùn)行反饋數(shù)據(jù)比較：同等負(fù)荷條件下，對(duì)比實(shí)際運(yùn)行系統(tǒng)，可以給出評(píng)價(jià)信息；同等負(fù)荷條件下，發(fā)現(xiàn)實(shí)際系統(tǒng)的差異，系統(tǒng)自動(dòng)給予診斷信息；通過數(shù)字模擬，幫助管理者檢驗(yàn)和診斷能源管理漏洞，提供決策依據(jù)；預(yù)測(cè)虛擬條件下可能出現(xiàn)的運(yùn)行結(jié)果，對(duì)比需求給出報(bào)警和建議；通過數(shù)據(jù)比較，分析影響，提前給出維保計(jì)劃和成本預(yù)算，并提供緊急預(yù)案，減少失效風(fēng)險(xiǎn)。
業(yè)務(wù)協(xié)同指揮。融合多個(gè)子系統(tǒng)，包含設(shè)備運(yùn)行信息、環(huán)境信息、安全防范信息、視頻圖像、預(yù)警報(bào)警信號(hào)、管理信息等，采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對(duì)人員、環(huán)境、園區(qū)周界進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)時(shí)了解人員進(jìn)出園區(qū)的情況，可以通過視頻監(jiān)控、消防、門禁、訪客等多個(gè)子系統(tǒng)集成聯(lián)動(dòng)，搭建多區(qū)域、多建筑安防系統(tǒng)大聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)可視、實(shí)時(shí)、智能的一體化的指揮和全場(chǎng)景的資源統(tǒng)一調(diào)度，分控中心和指揮中心有效協(xié)作，快速處理園區(qū)突發(fā)事件，提高事件響應(yīng)與處置效率。
數(shù)字孿生搭建思路
確定數(shù)字孿生系統(tǒng)的建設(shè)目標(biāo)。實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中管理，內(nèi)外部數(shù)據(jù)的統(tǒng)一接入和訪問以及各系統(tǒng)的數(shù)據(jù)互聯(lián)互通。在此基礎(chǔ)上不斷地進(jìn)行建模、監(jiān)控、優(yōu)化和模擬，逐步提升整個(gè)園區(qū)的效率，構(gòu)建出數(shù)字孿生。數(shù)字孿生依賴眾多系統(tǒng)和設(shè)備，以及各種匯總的信息，對(duì)于園區(qū)而言，收集所有被集成子系統(tǒng)、設(shè)備的信息，包含被集成廠家與版本號(hào)、被集成系統(tǒng)能提供的功能與數(shù)據(jù)接口、子系統(tǒng)部署網(wǎng)絡(luò)位置等等信息。業(yè)務(wù)平臺(tái)對(duì)上使能智慧應(yīng)用開發(fā)、支撐業(yè)務(wù)創(chuàng)新，對(duì)下支持不同的子系統(tǒng)和設(shè)備接入。讓數(shù)字孿生不間斷的接收信息，更新模型并提供準(zhǔn)確的狀態(tài)，同時(shí)方便相關(guān)人員隨時(shí)進(jìn)行協(xié)作共享，如圖1所示。
圖1數(shù)字孿生中實(shí)體、模型、應(yīng)用之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系
建立園區(qū)業(yè)務(wù)元數(shù)據(jù)和技術(shù)元數(shù)據(jù)。采用數(shù)據(jù)紐帶為核心構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)內(nèi)外部數(shù)據(jù)的統(tǒng)一接入和訪問以及各系統(tǒng)的數(shù)據(jù)互聯(lián)互通。提供既有系統(tǒng)遷移工具，支持IOT和第三方系統(tǒng)接入。向下通過物聯(lián)接入層提供子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成接口，接口方式包括數(shù)據(jù)中間件、IOT網(wǎng)關(guān)、定制接口等，把對(duì)應(yīng)的源數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)湖的相應(yīng)主題庫(kù)中。使用數(shù)據(jù)工具把數(shù)據(jù)湖中的數(shù)據(jù)經(jīng)過轉(zhuǎn)換處理、抽樣匯總、主題匯聚的方式形成主題庫(kù)。主題庫(kù)面向應(yīng)用，根據(jù)業(yè)務(wù)需求，向上提供數(shù)據(jù)服務(wù)、計(jì)算能力接口給智慧應(yīng)用系統(tǒng)，以供園區(qū)運(yùn)維、運(yùn)營(yíng)、能源、環(huán)境、AI分析等調(diào)用相關(guān)數(shù)據(jù)。
搭建設(shè)備、系統(tǒng)、業(yè)務(wù)三位一體模型。智慧園區(qū)應(yīng)從“智慧運(yùn)維”“智慧安全”“智慧服務(wù)”三方面入手，以新一代物聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實(shí)、大數(shù)據(jù)和機(jī)器學(xué)習(xí)等新興信息技術(shù)為支撐，通過整合集成、開發(fā)提升、新建擴(kuò)建，構(gòu)建高效統(tǒng)一、功能豐富，跨平臺(tái)、跨網(wǎng)絡(luò)、跨終端的“基于3D場(chǎng)景的智慧運(yùn)營(yíng)平臺(tái)”，逐步建立起安全可靠、運(yùn)轉(zhuǎn)高效的園區(qū)管理體系和數(shù)據(jù)分析決策模型、園區(qū)設(shè)施運(yùn)維和安全保障體系，以及園區(qū)公共服務(wù)體系，實(shí)現(xiàn)金融數(shù)據(jù)中心園區(qū)整體數(shù)字化運(yùn)營(yíng)。
數(shù)字孿生應(yīng)用實(shí)踐——冷機(jī)可用性維護(hù)方案
制冷機(jī)組是園區(qū)最為重要的基礎(chǔ)設(shè)施之一。當(dāng)冷機(jī)發(fā)生故障時(shí)，導(dǎo)致的問題除了維修或更換設(shè)備的費(fèi)用外，更大的風(fēng)險(xiǎn)是因停機(jī)造成的數(shù)據(jù)機(jī)房運(yùn)行安全和園區(qū)正常辦公秩序。定期維護(hù)可以幫助避免計(jì)劃外停機(jī)，但不能保證設(shè)備不會(huì)發(fā)生故障。根據(jù)專業(yè)公司調(diào)研結(jié)果，定期檢修僅能覆蓋18%的設(shè)備故障，對(duì)設(shè)備進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)可以避免其他82%的故障。對(duì)園區(qū)冷機(jī)設(shè)備而言，其故障問題復(fù)雜，故障影響面大，應(yīng)該進(jìn)行預(yù)測(cè)性維護(hù)，預(yù)防維護(hù)流程如圖2所示。
圖2冷機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)防性維護(hù)工作流
我們運(yùn)用數(shù)字孿生技術(shù)，現(xiàn)場(chǎng)的冷機(jī)系統(tǒng)為實(shí)際的物理系統(tǒng)，冷機(jī)仿真模型為對(duì)應(yīng)的數(shù)字系統(tǒng)，將二者的運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)比，分析實(shí)際系統(tǒng)的運(yùn)行情況，預(yù)測(cè)何時(shí)需要維護(hù)，降低計(jì)劃外停機(jī)概率。對(duì)冷機(jī)系統(tǒng)的暖通設(shè)備、控制設(shè)備進(jìn)行抽象建模，然后搭建系統(tǒng)模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)耦合計(jì)算，最終得出系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)計(jì)算過程。針對(duì)冷機(jī)的運(yùn)行仿真，分析冷機(jī)系統(tǒng)不同運(yùn)行策略下的經(jīng)濟(jì)性、節(jié)能性等。當(dāng)運(yùn)行仿真系統(tǒng)時(shí)，各設(shè)備間進(jìn)行耦合計(jì)算，得出系統(tǒng)的預(yù)測(cè)性維護(hù)模型。
預(yù)測(cè)性維護(hù)模型開發(fā)過程中，核心是傳感器數(shù)據(jù)，傳感器數(shù)據(jù)可以用來訓(xùn)練故障檢測(cè)的分類算法。在預(yù)處理步驟中，可以從這些數(shù)據(jù)中提取有意義的特征，并使用這些特征訓(xùn)練用于預(yù)測(cè)性維護(hù)的機(jī)器學(xué)習(xí)算法。將該算法導(dǎo)出到Simulink等模擬軟件中進(jìn)行驗(yàn)證，然后將代碼部署到能源運(yùn)管平臺(tái)的冷機(jī)系統(tǒng)控制單元中。
結(jié)合智能算法實(shí)現(xiàn)基于歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)預(yù)測(cè)，提出基于數(shù)字孿生的多方協(xié)同維護(hù)模式。利用數(shù)字孿生技術(shù)實(shí)時(shí)采集與傳輸設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)，實(shí)時(shí)映射至虛擬設(shè)備中，通過智能算法對(duì)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)的分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備未來運(yùn)行狀態(tài)的預(yù)測(cè)。對(duì)可能出現(xiàn)的異常狀態(tài)做出預(yù)警，對(duì)設(shè)備的異常問題做出初步診斷。并通過數(shù)字孿生服務(wù)平臺(tái)以可視化的方式向生產(chǎn)操作人員、設(shè)備維護(hù)參與者實(shí)時(shí)展現(xiàn)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、預(yù)測(cè)趨勢(shì)以及初步診斷報(bào)告。
當(dāng)數(shù)字孿生服務(wù)平臺(tái)預(yù)測(cè)出設(shè)備的異常狀態(tài)時(shí)，向操作人員發(fā)出預(yù)警和初步診斷報(bào)告。操作人員可結(jié)合初步診斷報(bào)告與設(shè)備維護(hù)知識(shí)庫(kù)自行診斷設(shè)備異常情況，并對(duì)維修類型、維修方法、維修備件的選擇和維修計(jì)劃做出決策。若操作人員可自行解決設(shè)備的異常狀態(tài)，則在維護(hù)完畢后將此次維護(hù)的設(shè)備異常類型、決策過程、數(shù)字孿生系統(tǒng)診斷報(bào)告存儲(chǔ)至維護(hù)知識(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中，數(shù)據(jù)庫(kù)將其與相似的案例共同存儲(chǔ)，以便對(duì)以后的維護(hù)行為做出指導(dǎo)。若操作人員無法自行診斷設(shè)備異常，則需通過數(shù)字孿生服務(wù)平臺(tái)聯(lián)系設(shè)備的售后維修人員進(jìn)行雙方協(xié)同維護(hù)。
小結(jié)
數(shù)字化轉(zhuǎn)型方興未艾，數(shù)字孿生已落地生根。數(shù)字孿生是眾多技術(shù)手段、數(shù)據(jù)模型、管理機(jī)制的融合體，不僅能夠反映數(shù)據(jù)中心軟硬件環(huán)境的運(yùn)行狀態(tài)，還可以與業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)、資產(chǎn)管理等結(jié)合反映園區(qū)的運(yùn)營(yíng)狀態(tài)，為數(shù)據(jù)中心管理人員、運(yùn)維人員、辦公人員提供全面的數(shù)據(jù)和信息，為決策者提供可靠依據(jù)。
