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1. 背景
最近、同社は、Bサイド顧客にサービスを提供する際に、デジタルツインテクノロジーエコロジーに基づいたスマートキャンパスを構築するために、キャンパスを段階的にデジタル化することを検討しています。現在、建設計画を提供する段階で、いくつかの技術的な調査を行って、次のような概要を作成する必要があります。
2. デジタルツインの基本
2.1 コンセプト
「デジタルツイン」とも呼ばれるデジタルツインは、リアルタイムのセンシング、接続を通じて、工業製品、製造システム、都市、その他の複雑な物理システムの構造、状態、動作、機能、性能をデジタル仮想世界にマッピングすることです。マッピング、正確な分析、没入型インタラクションを使用して、物理システムを記述、予測、制御し、仮想システムと現実の複雑なシステムの統合を実現し、システムのすべての要素、プロセス、バリューチェーンの閉ループ最適化を最大限に高めます。
デジタル ツインは、人工知能 (AI) や機械学習 (ML) などのテクノロジーを統合し、データ、アルゴリズム、意思決定分析を組み合わせてシミュレーション、つまり物理オブジェクトの仮想マッピングを確立し、問題が発生する前に検出します。仮想モデルの物理オブジェクトの変化を監視し、人工知能ベースの多次元データの複雑な処理と異常分析に基づいて診断し、潜在的なリスクを予測し、関連機器を合理的かつ効果的に計画または保守します。
2.2 価値
現在の資産の状態を反映し、資産に関連する履歴データが含まれます。デジタルツインを使用すると、資産の最新の状態を評価し、さらに重要なことに、将来の動作を予測し、制御を改善したり、運用を最適化したりすることができます。
- 現実世界の環境における製品の形成と動作をシミュレーション、監視、診断、予測、制御します。
- 製品ライフサイクル全体を通じて効率的なコラボレーションを根本的に促進し、継続的なイノベーションを推進します。
- デジタル製品ライフサイクル アーカイブは、プロセス全体のトレーサビリティと研究開発の継続的な改善のためのデータ基盤を築きました。
3. テクノロジーエコロジー
3.1 技術システム
- データ保証層
- モデリングコンピューティング層
- 機能層
- 没入型エクスペリエンス レイヤー
3.2 コアテクノロジー
3.2.1 マルチドメイン、マルチスケールの融合モデリング
マルチドメイン モデリングとは、通常および異常条件下での最初の概念設計段階から開始される、さまざまなドメインおよび詳細なメカニズム レベルからの物理システムのクロスドメイン設計の理解とモデリングを指します。
3.2.2 データ駆動型と物理モデルの融合に基づく状態評価
データ駆動型の方法では、システムの履歴およびリアルタイムの動作データを使用して、物理モデルを更新、修正、接続および補足し、システムのメカニズムの特性と動作データの特性を完全に統合し、リアルタイムの動作ステータスをより適切に組み合わせることができます。取得するシステムの状態をリアルタイムで動的に追従する評価システム。
データ駆動型と物理モデルの融合アプローチ:
- 主に解析物理モデルが使用され、解析物理モデルのパラメータはデータ駆動型手法を用いて修正される。
- 解析物理モデルとデータ駆動型手法は並行して使用され、最終的に 2 つの出力の信頼性に応じて重み付けされて、最終的な評価結果が得られます。
3.2.3 データの収集と送信
高精度なセンサーデータの収集と迅速な送信は、デジタルツインシステム全体の基盤であり、温度、圧力、振動などの各種センサーの性能が最適な状態に到達し、システムの動作状態を再現する必要があります。物理ターゲット システム。
3.2.4 ライフサイクル全体のデータ管理
複雑なシステムのライフサイクル全体のデータ ストレージと管理は、デジタル ツイン システムの重要なサポートです。クラウドサーバーは、システムの膨大な稼働データの分散管理を実行し、データの高速読み取りと安全な冗長バックアップを実現し、データインテリジェント分析アルゴリズムに十分で信頼性の高いデータソースを提供し、保守において重要な役割を果たします。デジタルツインシステム全体の動作。
3.2.5 仮想現実のプレゼンテーション
仮想現実 (VR) 技術は、システムの製造、運用、保守の状況を超現実的な形式で表示し、複雑なシステムのさまざまなサブシステムの多分野および多スケールの状態監視と評価を実行し、インテリジェントな監視と分析結果を添付できます。システムのさまざまなサブシステムやコンポーネントでは、物理システムを完全に再現しながら、デジタル解析結果が仮想マッピングの形で作成されたツイン システムに重ね合わされ、視覚、音、触感などの点で没入型の仮想現実を提供します。 . リアルタイムかつ継続的な人間とコンピュータのインタラクションを実現するリアルな体験。
レンダリング レイヤーは、Tencent クラウド ベンダーのソリューションに依存できます。
クラウド アプリケーション レンダリングは、Tencent の豊富なエッジ コンピューティング ノード、柔軟な GPU 仮想化テクノロジー、安定した低遅延のオーディオおよびビデオ ストリーミング機能を利用して、顧客のアプリケーションを支援します。ターミナルのクラウド化により、ユーザーは次のことが可能になります。アプリケーションパッケージをダウンロードせずに、軽量端末のみでクラウドアプリケーションを操作できます。同時に、Applied Cloud Rendering は、さまざまな端末やビジネス シナリオにおけるユーザーのニーズを満たすクラウド API + フルエンド SDK を提供します。
3.2.6 ハイパフォーマンスコンピューティング
デジタル ツイン システムの複雑な機能の実現は、その背後にあるコンピューティング プラットフォームに大きく依存しており、リアルタイム パフォーマンスはデジタル ツイン システムのパフォーマンスを測定するための重要な指標です。したがって、分散コンピューティングに基づくクラウドサーバープラットフォームはシステムの重要な保証であり、データ構造とアルゴリズム構造を最適化してシステムのタスク実行速度を向上させることは、システムのリアルタイムパフォーマンスを保証する重要な手段です。
全体的なソリューション アーキテクチャ (Tencent Cloud):
3.3 構造
3.3.1 重要なポイント
3.3.1.1 デジタルツインのプロセス設計と情報要件
標準的なプロセス設計手法を使用して、
ビジネス プロセス、プロセス マネージャー、ビジネス アプリケーション、情報および物理資産がどのように相互作用するかを示し、関連する図を作成し、生産プロセスとアプリケーション、デジタル ツイン情報タイプの作成に必要なデータ要件とセンサーを接続します。プロセス設計は、デジタルツインの基礎を形成するコスト、時間、資産の効率を改善するためのいくつかの機能で強化され、
デジタルツインの有効性の向上はここから始まります。
3.3.1.2 デジタルツインの概念アーキテクチャ
実際の資産とそのデジタルツインを統合する実現テクノロジーを作成することで、センサーデータは企業のコアシステムの運用情報やトランザクション情報とともにリアルタイムに流れます。デジタル ツインの概念アーキテクチャは、6 つのわかりやすいステップに分けることができます。
詳細な説明:
作成
作成ステップには、物理プロセスとその環境の重要なデータを検出および取得するために、物理プロセスに多数のセンサーを装備することが含まれます。センサーによって検出されたデータは、エンコーダーによって保護されたデジタル情報に変換され、デジタル ツイン システムに送信されます。センサーからの信号は、製造実行システム、エンタープライズ リソース プランニング システム、CAD モデル、サプライ チェーン システムからのプロセス指向の情報で強化され、分析用のデジタル ツイン システムに継続的に更新される大量のデータが提供されます。
伝送
ネットワーク伝送は、デジタルツインを実現する大きな変化の 1 つであり、実際のプロセスとデジタル プラットフォーム間のシームレスでリアルタイムの双方向の統合/相互接続を促進します。伝送には次の 3 つのコンポーネントが含まれます。
集約
集約ステップでは、取得したデータのデータ リポジトリへの保存、処理、分析の準備をサポートします。データの集約と処理はオンサイトまたはクラウドで実行できます。
分析 分析
ステップでは、データが分析され、視覚化されます。データ サイエンティストとアナリストは、高度なデータ分析プラットフォームと技術を活用して、洞察を明らかにし、推奨事項を作成し、意思決定を導くための反復モデルを開発します。
インサイト
インサイト ステップでは、分析ツールによって発掘されたインサイトがダッシュボードに視覚化されて表示され、デジタル ツインと物理世界の類似物との間の許容できないパフォーマンスの違いが 1 つ以上の次元で強調表示され、調査または置き換えられる可能性のあるニーズが示されます。
アクション
アクション ステップとは、デジタル ツインの役割を実現するために物理的資産とデジタル プロセスにフィードバックされる、前のステップで形成された実用的な洞察を指します。物理的資産プロセスの動きや制御メカニズムを担当するアクチュエータにデコードされた洞察、またはサプライ チェーンと注文の動作を管理するバックエンド システムで更新された洞察は、人間の介入によって物理世界とデジタル ツインを完成させることができます。間のループ接続。
3.3.2 導入の重要なポイント
可能性を想像する
デジタル ツインがメリットをもたらす可能性があるさまざまなシナリオを想像し、選択します。企業や環境が異なれば、適用できるソリューションも異なりますが、通常、次の 2 つの重要な特徴があります。
シナリオの評価
選択した後で各シナリオを評価し、デジタル ツインを活用して迅速な成果を上げることができるプロセスを特定します。評価プロセスを促進するために、運用、ビジネス、テクノロジーのリーダーのメンバーが協力して、一元的なアイデア作成セッションを行うことをお勧めします。
プロセスの
特定 潜在的な価値が最も高く、成功の可能性が最も高いデジタル ツイン パイロット モデルを特定します。運用、商業、組織の変更管理要素を総合的に考慮して、最適なパイロット計画を作成します。同時に、設備、立地、テクノロジーをスケールアップできる可能性のある分野に焦点を当てます。
パイロット プロジェクト
アジャイルな反復サイクルを通じてプロジェクトを迅速にパイロットし、学習プロセスを加速し、効果的なリスク管理を通じて投資収益率を最大化します。パイロットプロジェクトを進める過程で、実装チームは常に適応性とオープンな考え方を重視して、
新しいデータを統合し、新しいテクノロジーやパートナーをタイムリーに受け入れることができる未知のオープンエコシステムを作成する必要があります。
プロセスの工業化
パイロット プロジェクトの成功直後、既存のツール、技術、スクリプトを使用して、デジタル ツインの開発および展開プロセスを工業化できます。このプロセスには、企業のさまざまな断片化された実装プロセスの統合、データレイクの実装、パフォーマンスと生産性の向上、ガバナンスの改善と
データの標準化、デジタルツインをサポートするための組織変更の促進が含まれます。
デジタル ツインのスケールアップ
産業化が成功した後は、デジタル ツインをスケールアップする機会に焦点を当てる必要があります。ターゲットは、パイロットプロジェクトに関連する同様のプロセスとプロセスに焦点を当てる必要があります。プロジェクトの試行経験から学び、試行中に使用したツール、テクノロジー、スクリプトを採用し、規模を迅速に拡大します。
監視と検出
ソリューションを監視し、デジタル ツインによって生み出される価値を客観的に検出します。サイクル内で具体的な利点を生み出すことができるかどうかを判断し、生産性、品質、使用率を向上させ、インシデントとコストを削減します。デジタル ツイン プロセスを繰り返しデバッグし、結果を参照して、最適な構成を決定します。
4. デジタルツインシティ
デジタルツインシティとは、デジタルツイン技術を都市レベルで幅広く応用したもので、都市の物理世界とネットワーク仮想空間との一対一対応、相互マッピング、連携インタラクションを備えた複雑な巨大システムを構築することで、ツインシティは、都市
のあらゆる要素のデジタル化と仮想化、都市全体の状態のリアルタイムと可視化、協調的かつインテリジェントな都市管理の意思決定を実現します。
4.1 特徴
4.1.1 正確なマッピング
デジタルツインシティは、空中、地上、地下、河道などのさまざまなレベルでのセンサーの配備と完全な認識と監視を通じて、都市の道路、橋、マンホールの蓋、電柱、建物、その他のインフラストラクチャーの包括的なデジタルモデリングを実現します。都市の運営状況のダイナミクス モニタリングにより、
情報次元における正確な情報表現と仮想都市の物理都市へのマッピングが形成されます。
4.1.2 仮想と現実のインタラクション
都市インフラやさまざまなコンポーネントの建設の痕跡があり、都市住民や訪問者はインターネットに接続すると情報を得ることができます。未来のデジタルツインシティでは、都市の物理空間ではあらゆる痕跡を観察することができ、都市の仮想空間ではさまざまな情報を検索することができ、都市計画や建設、
人々大きく拡張され、仮想と現実の融合、仮想と現実のコラボレーションが今後の都市発展の新たなモデルを定義することになるでしょう。
4.1.3 ソフトウェアの定義
デジタルツインシティは、物理的な都市に対応する仮想モデルを確立し、ソフトウェアを使用して現実の環境で都市内の人、物、物の動作をシミュレートし、クラウドとエッジコンピューティングを通じて都市の交通をソフトに誘導および制御します。信号制御、電気加熱 エネルギー スケジューリング、主要プロジェクト サイクル管理、インフラストラクチャ サイトの選択と建設。
4.1.4 インテリジェントな介入
「デジタルツインシティ」の計画・設計、シミュレーション等を通じて、都市内で起こり得る悪影響、紛争、潜在的危険をインテリジェントに早期に警告し、合理的かつ実現可能な対策・提案を提供し、都市社会にインテリジェントに介入する。将来を見据えた独自の都市開発 物理的な都市の計画と管理を追跡し、最適化して、市民サービスの供給を向上させ、都市生活に「スマートさ」を与える
4.2 全体的なアーキテクチャ
4.2.1 端面
群衆の認識、目に見えて制御可能。都市認識端末は、「グループ」でグループインテリジェンス認識機能を形成します。認識施設は、単一の RFID およびセンサー ノードから、より強力な認識、通信、およびコンピューティング機能を備えたインテリジェント ハードウェア、インテリジェントなポール、およびインテリジェントな無人車両へと急速に発展します。同時に、個人が所有するスマートフォンやスマート端末は、ますます高度なセンシング機能と、ますます強力な知覚、コンピューティング、ストレージ、通信機能を統合し、周囲の環境や住民をセンシングするための「強力な」ノードになります。都市、大規模で協調的なパーベイシブ コンピューティングのための群衆認識を形成します。
標識と認識システムに基づいて、従来のインフラストラクチャのインテリジェンス レベルが包括的に向上します。インテリジェントな標識とモニタリングに基づいた都市総合ユーティリティコリドーの確立を通じて、ユーティリティコリドーの調整された計画、建設と運営の視覚化、およびすべてのプロセスデータの保持が実現されます。インテリジェントな道路ネットワークを構築することで、道路ネットワーク、フェンス、橋梁などの施設のインテリジェントな監視、保守、双方向制御管理を実現できます。多機能情報ポールやその他の新しいインテリジェント施設がエリア全体に配置され、インテリジェント照明、情報インタラクション、ワイヤレスサービス、自動車充電、緊急通報、環境モニタリングなどのインテリジェント機能が実現されます。
4.2.2 グリッド側
ユビキタスな高速、天と地との統合。ユビキタスな高速マルチネットワーク相乗アクセスサービスを提供します。4G/5G/WLAN/NB-IoT/eMTCなどのマルチネットワーク連携導入を総合的に推進し、仮想化・クラウド技術をベースに三次元シームレスカバレッジを実現し、ワイヤレス知覚、モバイルブロードバンド、Internet of Everythingアクセスサービスを提供し、垂直産業におけるモバイル通信ネットワークの新世代統合アプリケーション。
クラウドサービスを支える「天と地」の統合情報ネットワークを形成します。新しい情報ネットワーク技術を総合的に活用し、「空・宇宙・陸」の情報技術それぞれの利点を最大限に発揮し、「空・宇宙・陸・海」の多次元情報を効率的に取得・調整・伝達・収集する。 「リソースの処理、タスクの分散、アクションの組織と管理を調整するだけでなく、統合された包括的な処理と時空間複雑なネットワークの最大限の有効活用を実現し、さまざまなユーザーにリアルタイムで信頼性の高いオンデマンドのサービスを提供します」ユビキタス、モバイル、効率的、インテリジェントな共同情報インフラストラクチャと意思決定支援システムを備えています。
4.2.3 クラウド側
包括的で便利なオンデマンドのスケジューリング。
エッジコンピューティングおよび量子コンピューティング設備によって高速情報処理機能が提供されます。都市部の工場、道路、転送ボックスなどに、周囲の環境センシング、オンデマンド配信、インテリジェントなフィードバック応答を備えたエッジ コンピューティング ノードを構築します。原子、イオン、超伝導回路、光子に基づくさまざまな量子コンピューティング施設を展開し、
超大規模データ検索、正確な都市天気予報、計算的に最適化された交通指令、人工知能の研究と探索のための大規模な情報処理機能を提供します。
スマートコントラクト実行のための人工知能とブロックチェーン機能。知識推論、確率統計、ディープラーニングなどをサポートする人工知能ユニファイドコンピューティングプラットフォームと施設、および知識コンピューティング、認知推論、モーション実行、および人間とコンピュータのインタラクション機能のインテリジェントサポート機能を構築し、高度にカスタマイズおよびパーソナライズされた機能を確立します導入ブロックチェーンサービス機能は、さまざまなアプリケーションの本人確認、電子証拠の保存、サプライチェーン管理、製品トレーサビリティなどのビジネススマートコントラクトの自動実行をサポートします。
クラウド コンピューティングとビッグ データ機能を導入します。SDNテクノロジーに基づいた仮想統合クラウドコンピューティングサービスプラットフォームとビッグデータ分析センターを確立し、地域を越えたサーバー、ネットワーク、ストレージリソースのスケジューリング機能を実現し、スマートな政府事務と公共サービス、包括的なガバナンスの要件を満たします。 、産業の発展、コンピューティングのニーズ。
5. まとめ
デジタルツインはまだ大規模に適用されておらず、基本的には対象を絞った構築が必要であり、中小企業の構築コストは比較的高いが、現在はTencent Cloudの全体的なエコロジーソリューションの助けを借りて実現可能である。
参考：
「デジタルツイン」ポスドク・チェン・ゲン氏