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魔都疫情下的镜像世界

魔都疫情下的镜像世界
  • 产品名称:魔都疫情下的镜像世界
  • 产品简介:html模版 魔都疫情下的镜像世界 图片来源@视觉中国 文 | 立方知造局,刘铮,编辑 |小材 2个小区里都发现确诊案例。2021年底,确诊消息连夜传到上海浦东花木街道,值班人员迅速将封闭小区的户主人数、小区精确地形图等信息发送至疾控中心。 很快,核酸检测的

产品介绍:

html模版魔都疫情下的镜像世界

图片来源@视觉中国

文 | 立方知造局,刘铮,编辑 | 小材

“2个小区里都发现确诊案例”。2021年底,确诊消息连夜传到上海浦东花木街道,值班人员迅速将封闭小区的户主人数、小区精确地形图等信息发送至疾控中心。

很快,核酸检测的试剂数量能确定了,小区中核酸检测点、工作人员休息处等空间划分方案也生成了。接下来,小区沿街店铺负责人的电话被打通——集中隔离。

这个面积20.93平方公里的街道能快速响应防疫抗疫,靠的是一个隐形的世界——花木街道的数字孪生。

数字孪生是对现实世界的实时模拟、监测,能在数据中对现实世界进行分析和预判,在虚实之间,构建一种一一对应的关联。

在这套系统中,花木街道8924幢建筑被精准记录,近十万件包括窨井盖、电话亭、市政箱体、路灯立杆等公共设备也在虚拟城市中被精确映射。

近期魔都疫情反反复复,但数字孪生提升了疫情防控的响应速度。两年前,武汉封城时,也正是数字孪生模拟现场工序,拼装出隔离病房结构,最终创下10天建成雷神山的奇迹。

雷神山隔离病区的数字孪生 图源@华中建筑

在新冠疫情期间临床试验中,也有数字孪生体代替人类志愿者进行实验,用较低风险获得精确结果。

可以说,今天的数字孪生正逐渐包圆你的衣食住行,也维续着疫情下的秩序。立方知造局将以9个问题和你一起走近数字孪生和它带来的未来想象。

01、什么是数字孪生?

数字孪生将现实世界中的人、物理实体或过程实时数字模拟,形成一个孪生体组成的虚拟世界。

它还有个更容易理解的名字:数字镜像。

在了解数字孪生之前,需要厘清楚一个相近的概念——物理仿真。物理仿真同样需要用到计算机软硬件模拟现实世界,用来计算数值、求算结果,但这个过程可以通过离线解决,不具备数字孪生的实时性,也无法给出分析、优化物理世界的决策功能。

技术上:

与现实世界实时仿真,数字孪生需要用到5G技术;要参与分析、优化等决策,数字孪生则需要AI、大数据、云计算的加持。

如今5G商用,AI开始普及,数字孪生有了实时仿真的前提,也有了撑起更多应用的臂力,最终从概念走到了前台。

效用上:

目前数字孪生能起到快速响应、降本增效的作用。比如制造业场景中,被称作现代工业明珠的汽车工业,就用到了数字孪生。

3000多类、3-5万个零件,经过200多种加工工艺,最终制成一辆车。每个步骤的失误,都可能不断叠加一辆汽车的故障。

在一汽红旗的车间里,有一条数字孪生产线,大至流水线状况,小至拧螺丝力度,都会被记录在数字孪生体中。一旦出现汽车故障,数字孪生体可以回溯生产数据,快速分析出原因。

数字孪生落地场景除了制造业,还伸向智慧城市、智慧医疗等领域。

02、数字孪生产业的玩家有哪几类?为什么互联网大厂也要掺一脚?

数字孪生产业可分为三层:基础层、平台层、应用层。

基础层:主攻数据采集、发送、可视化技术,支撑起数字孪生核心架构;

平台层:为制造、能源、医疗等领域搭建数字孪生平台;

应用层:为更细分的应用场景提供服务。 

互联网企业有着擅于搭建平台、打造软件应用的优势和特性,因此更多作为平台层与应用层的一体化集成商出现。 

制图@立方知造局

注:本图中的企业遴选标准为:该企业从事与此技术相关的业务;囊括该技术的所有核心企业及其他主要企业

以BATH(百度、阿里、腾讯、华为)为代表的中国互联网大厂,业务模式还延伸至基础层——他们都布局了云计算业务,并或多或少涉猎人工智能、物联感知。其中华为还在网络通信、智能终端上有所布局。

这缘起于2012年住建部试点开展国家“智慧城市”工作以及2015年国务院政府报告的“互联网+”。互联网大厂通过布局云计算、大数据、AI及IOT等技术,给出了“智慧城市”解决方案,形成一定底层技术优势。

在互联网人口红利见顶,消费互联网用户饱和之后,互联网大厂继续开拓一片新的业绩增长市场,往To G、To B端迈步。

数字孪生就像一个足够大的壳,互联网企业能够将现有优势套装进去,再利用它撞开全新增量市场的大门。

不过,如图所示,互联网企业在组成数字孪生产业的各个领域中,只是一小部分。数字孪生与产业互联网有着类似的特质——江湖很大,细分领域能容纳更多玩家。

数字孪生专精特新企业 信息来源@企查查 制图@立方知造局

03、 数字孪生市场究竟有多大?中国的数字孪生市场有多大潜力?

2021年全球数字孪生市场规模在74.7亿美元,换算人民币不到500亿元,还是一片蓝海市场。到了2025年,预计全球数字孪生市场规模将达到264.6亿美元(1684亿元人民币)。

数据来源@觅图咨询 制图@立方知造局

千人千面市场潜力在不同领域也呈多变,数字孪生实际应用几乎延伸到生产、生活的每一个场景。

我们选取几个侧面来看看中国的数字孪生市场潜力: 

智慧城市

2019年,中国新型智慧城市规模已超过9000亿元人民币,预计到2023年市场规模将超过1.3万亿。

智慧医疗

2020年,中国智慧医疗行业已突破千亿元大关,2021全年规模超过1200亿元,预计在2022年将达1500亿元以上。

智慧出行

2020年,中国智慧出行市场规模为3547亿元,2025年预计将翻一番,达到7000亿元。

图源@《数字孪生应用白皮书》

04、为什么美国、德国的数字孪生应用主要在工业领域,而中国更火热的赛道是数字孪生城市?

数字孪生最终目的,是让人们通过调控虚拟世界来指挥现实世界。然而在不同领域,需要的基础技术又是“千人千面”。

目前,美国、德国数字孪生的应用主要在国防、军工上,中国数字孪生在智慧城市的普及率处于全球领先水平。

先来看看工业数字孪生,架构的最底部是“连接层”:采集感知、反馈控制,也就是IOT和工业软件——“卡脖子”又出现了。

先来看看先发者们如何建立工业数字孪生优势的:

美国:先进装备经验

依托航空航天的基础,空客、洛克希德马丁、Space X等积累了丰富的应用数据和模型,用以持续优化数字孪生精度。政产研结合上,微软、ANSYS、戴尔等企业又为数字孪生提供基础建模工具。

德国:工业软件优势

西门子用十年时间、100多亿美元收购了几乎全类工业软件,并且集成到自家的Mindsphere工业互联网平台。有了这个基础,西门子的工业数字孪生能实现虚实映射,还能凭借工业自动化完成闭环控制。

目前中国在先进装备、工业软件两个领域仍处于突围阶段。中国在5G、大数据、AI和云计算等技术上相对成熟,对应工业上数字孪生的角色是虚拟仿真、监测分析。这两个功能更契合数字孪生城市的应用场景。

应用端:作为智慧城市的基础建设,电子政务、智慧出行、智慧医疗等服务都集成在城市数字孪生体中,然后以人工智能作为服务工具,实现“降本增效”,摆脱了“效率提升需要更多人,人一多效率又会变低”的恶性循环。

技术端:需要城市信息模型、实景三维城市、物模型、城市仿真等技术,看起来数量更多,但可以多线发展,且最终都能实现数字孪生城市。而互联网企业早在2015年就相继发布“智慧城市”解决方案,随着政策逐渐细化,与数字孪生的重合度也更高。

数字孪生显然不是一场苍白炫技,中国的数字孪生城市是由政府主导,为解决迫在眉睫的“大城市病”,而进行声势浩大的新基建工程。

在B端,数字孪生及其支线产业互联网,正在帮助传统行业面向数字化提高生产力;

在C端,智慧城市、智慧医疗、智慧出行,将便利人们的生活、关注个体的健康和舒适等方面。

目前我们在制造领域的卡脖子情况只是暂时的,数字孪生生产模式下的工业软件开发,让中国走在一条换道超车的道路上

05、为什么说数字孪生能让中国工业软件实现换道超车?

工业软件是中国成为制造业强国的软肋,很多关键环节国产工业软件占比不足5%,自主版权的软件和平台系统依然缺位。工业软件需要技术积累,后发者中国的国产突围道阻且长。

数字孪生是制造业转型的必经之路,也带出工业软件对智能化生产的新需求——与AI、VR/AR等技术的捆绑。

与数字孪生耦合的技术 制图@立方知造局

理想状态下,未来工厂生产一款产品要先在数字孪生上模拟,通过不断调整参数、改变原料配比、改进生产方式及设计,最终在现实世界车间量产。

在这样的前提下,生产制造从工业3.0的数字化走到了智能制造的工业4.0,对应的工业软件除了仍需依靠物理世界中的工业知识、工业机理、工业模型、工业数据等积累外,还需要和虚拟世界中的新技术嵌套。后者要用到的5G、AI、大数据、云计算,中国处于领先的地位。

这给出国产工业软件突围的一条新思路——从长板出发,补足“工业课”短板。

中国是全世界唯一拥有全部工业门类的国家,还有着丰富的制造业应用场景和市场。

在新型工业软件的研发中,中国与其他国家站在更近的起跑线上,在虚拟世界积累的经验和knowhow,给了工业软件突围换道超车的曙光。

06、数字孪生和产业互联网有什么关系?

先说结论:产业互联网是数字孪生的摇篮,数字孪生是产业互联网的支柱。

产业互联网下的工业互联网,可以说是数字孪生的“股东”。

产业互联网指南针模型 图源@觅途咨询

数字孪生的实现,依赖于各种工业软件,尤其是仿真软件;在数据的收集上,也通过细分领域的工业APP进行,并在其中存储、沉淀——这里的工业APP,就是数字孪生的应用层。

工业互联网这个平台,能让数字孪生体持续在线,与真实的工业场景建立交互,得到应用;同时用大量模型、数据喂饱了数字孪生技术,帮助其迭代升级,以及更广阔的应用场景。简单地说,工业互联网赋予数字孪生更长的价值链。

而数字孪生的优势在于实时且高度写实的数据和分析,通过大数据和云计算,将工业互联网里碎片化的信息传输到工业APP上,为工业互联网的高效运作提供保障。

目前数字孪生应用落地的难点,主要在先找到“组织”——各行业里的产业互联网,快速得到大量数据,进而向更细分的领域拓展业务。

07. 为什么说现在的数字孪生概念还不是完全体?

先来看一个乐观的观点:

数字孪生是继搜索和社交媒体之后的互联网“第三波浪潮”,是未来实体产业的基石。

然而数字孪生目前仍有缺憾,应用领域看似五花八门,实际应用方式只有两种:虚拟仿真和监测分析。

虚拟仿真:物理本体向孪生体输出精确全面的数据,减少误差;

监测分析:孪生体将精准的信息反馈给物理本体,做出正确干预。

“浪潮”被孕育出来,仍要继续向前。AI是接下来推动数字孪生的关键力量,需要经过决策孪生、智能孪生两个阶段。

决策孪生:AI通过不断地学习、模拟,能够为决策者提供有价值的参考和建议。

智能孪生:AI具有精准判断和自主控制能力,也可以为人提供解决问题的新视角,实现“大数据思维”——这也是现在各种智慧工程期望完成的终极目标,而真正的“降本增效”要从这里开始。

08. 未来数字孪生将怎样包圆你的生活“产业链”?

数字时代,人将上升到管理者的角色,但不可否认的是,我们同时也将成为基数最庞大的移动智能终端。

这和日本NTT公司的观点不谋而合:从1985年互联网逐渐普及开始,数字化的重点以10年为单位,反复在“人”和“事物”之间交替,当螺旋的进化到达临界点后,质变终于引发了量变——“人”的数字化成为塑造未来世界的关键。

人类和事物的数字化发展 图源@NTT官网

人类数字孪生的第一层,通过将身体和生理特征的数字化,实时监测人体数据,形成数字孪生体,来提升医疗诊断和治疗准确率,实现智慧医疗。

第二层是再现个体的内在特质,比如个性、情感、思想和技能。这是人体模型与AI结合后的畅想,我们从工作、消费、居家三个维度展开。

工作:如果数字孪生技术足够成熟,拥有与真人一致的思维与个性,相当于真人创造一个助理来工作。未来很有可能会出现一个人同时打几份工的情况——数字孪生体内卷时代要来了。

消费:如今的数字孪生+AR/VR/MR的交互式门店体验只是噱头,未来消费者需求还可以通过数字孪生决策迅速反馈到经营端,辅助进行需求预测、品类规划以及决策,而后顺势传达给供应链。

居家:当前,各大互联网企业打造的智能家居生态,大多是以手机作为纽带,用户自主设定操控——智能化程度最多做到人走灯熄、电器断电,以及智能音箱发出一声“我在!”。未来的数字孪生+AI,能够实时分析人类数字孪生体,根据你实时的心情和想法,调节相应的灯光和室温。

数字化并不会到此结束,数字孪生也被解读成元宇宙的根基,是进入元宇宙的大门。

元宇宙的终极目标是虚实相生,意思是在现实生活里的工作、生活和娱乐都能转移到虚拟世界进行,而现实和虚拟又在相互影响——你一辈子都能耗在元宇宙里面,可以不用出来了。

以上所描述的种种情境,有些我们已经不知不觉身处其中,有些还好像遥不可及的科幻故事——两极分化的现状,体现出数字孪生“炒冷饭”的本质:它只是多种技术的集大成,而非集大成的一种技术。

09、中国对数字孪生有哪些政策支持?

首先要提到的,是2020年发改委和网信办联合发布的“552号文件”。

这份文件里,中国首次将数字孪生提升为七大新一代数字技术之一,并提出“数字孪生创新计划”。其他六种技术分别是:大数据、人工智能、云计算、5G、物联网和区块链。而中国把数字孪生作为一个独立产业概念的做法,早于英、美、德、日。

由于城市是现代经济的主要载体,而数字孪生又是智慧城市的载体,因此中国的宏观政策,主要集中于数字孪生城市上。“十四五规划和2035远景目标”中,明确提出“探索建设数字孪生城市”。

中国数字孪生城市政策 信息来源@搜狐科技 制图@立方知造局

尾声

爆炸声在地球上空30多万公里处响起&mdash,诚信在线登录网址;—氧气罐被炸毁,供电系统受损,航天飞船室温骤降至3摄氏度。阿波罗13号正以每分钟600多公里的速度远离地球。如果无法快速排除故障,它就完了。

宇航员唯一能做的,就是等待NASA地面控制中心给出的自救方案。

飞船的参数数据被输入到NASA的15个模拟器中,计算机飞速运算,最终一套回程方案被筛选出来。

1970年4月17日,爆炸4天后,航天器借助月球的引力返航地球,安全着陆南太平洋。在这起美国登月史上的最成功的失败中,计算机仿真模拟物理状况,成为“数字孪生”最早的应用案例之一。

50年后的2020年12月,嫦娥5号升空,完成了中国航天领域中最复杂的操作——钻取月壤样品并封装。数字孪生再度上场,除了对航天器实时监测,形成毫米级精度的月球数字孪生图像之外,还能下达探测器动作指令。

五十年间,虚实世界的交互螺旋上升——从仿制现实到实时仿真,带来虚拟世界对物理世界的降本增效。

数字孪生背后的技术在进化——AI、5G、AR、VR、大数据勾勒出数字孪生在车间、城市中的不同应用,也包圆疫情之下的抗疫防疫、复工复产以及你的衣食住行。

在那个由01组成的镜面世界中,一切都将超越此刻的想象维度。

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