当数字孪生和工业元宇宙融合时

当数字孪生与工业 元宇宙交汇 卢博米尔·德姆基夫 机器人实践领导者 塔拉斯·科瓦柳克 XR实践总监 马克斯·德鲁乔克 研发主管 萨比娜·玛丽亚·马文 企业解决方案顾问 塔拉斯·巴赫延斯基 技术副总裁 当数字孪生与工业元宇宙交汇 6/场景收敛 7/用例示例 1/引言 2/数字孪生 目录 3/工业元宇宙 4/这些概念一起能够做什么 5/四个工业元宇宙应用场景 引言 第一个数字孪生 概念 CAD&模型-基于工程 1970年，阿波罗13号任务灾难发生时美国宇航局建造了一个“活体模型”为弄清楚如何让阿波罗航天器的乘员安全回家，他们利用现有的阿波罗13训练模拟器，咨询了建造飞船的工程师，并调整了模拟器，以创建 与正在太空发生的灾难最准确的模拟镜像。 使用连续的数据流为模拟器提供输入，他们运行再入场景以寻找最佳解决方案。卓越的头脑——以及首个数字孪生——使这次救援任务取得了成功。 在80年代，达索和Autodesk等创新公司利用数字孪生方法和技术将实体建模软件包引入制造业，简化他们的产品生命周期管理(PLM)并铺平了通往更大规模工业制造突破的道路。 进展 物联网，人工智能，XR/VR 工业元宇宙 软件技术的进步正在加速数字孪生的开发和采用。 数字孪生被广泛使用对于物理资产，如泵、机械臂，甚至整个工厂（包括工厂布局和生产流程）的建模、仿真和优化。除了制造业、能源业和采矿业等工业领域外，数字孪生技术在HCLS、电信和零售等其他行业也有应用。 The工业元宇宙是一个采用人工智能、XR/VR技术的虚拟空间，利益相关者、操作员、工程师和管理员在其中协同、互动和运行虚拟环境。工业元宇宙促进了数字孪生的应用，提供了直观的访问和不同数字孪生的无缝集成。工业元宇宙和数字孪生正在改变制造运营. 当数字孪生与工业元宇宙交汇 3 下一步是什么？ 解决方案。 本白皮书探讨了数字孪生、工业元宇宙以及在这些创新平台上构建的 了解各行业将如何从数字孪生和工业元宇宙中受益。 加入我们，一起探讨构建数字孪生和元宇宙平台的解决方案框架。但首先，让我们看看数字孪生和产业元宇宙的影响 ——以及它们为何对制造业具有变革性。 当数字孪生与工业元宇宙交汇 数字孪生 一个数字孪生的最广泛使用定义是“一个真实流程或资产的数字副本，”但它远不止于此。 为什么这个定义不完整？是什么让数字孪生与其他数字解决方案不同？ 1 一个数字孪生并不仅仅是一个流程或资产的原型。它可以是对现实世界中的任何视觉或行为方面的复制：客户或市场行为，金融模型，物理，纹理——没有边界。它可以是你想要模拟、预测或改进的任何事物。 2 数字孪生帮助人类应对复杂性。使用启发式方法，人们无法有效处理超过20个可控标签或发现隐藏模式。数字孪生消除了这种人类思维限制。场景越复杂，数字孪生能提供的益处就越多。 3 数字孪生可以在其物理对应物之前出现。您可以在创建真实资产或流程之前，首先创建一个数字孪生，以在虚拟世界中验证设计决策。 4 数字孪生有助于理解“如果……会怎样”的场景。大多数实验在现实世界中成本太高或太复杂而无法进行。在虚拟（数字 ）世界中，你可以更快、更轻松、更频繁地进行实验。 当数字孪生与工业元宇宙交汇 5 5 在大多数情况下，数字孪生被设计用来增强人类智能。然而，在某个时刻，它们可以变得足够智能以独立运行，变得自我优化和自主。 产品设计、运营优化和成本改进是复杂且耗时的过程，具有巨大的潜力。 这就是数字孪生发挥作用的地方。 工业元宇宙 \"元宇宙\"一词最初被确立，用以表达一个人类及其化身能在其中进行虚拟世界交流的虚拟3D环境。沙盒和去中心化土地是经典元宇宙平台的例子。B2C（企业对消费者）市场是这些平台的主要关注点，创造了一种新的商业模式，使消费者能在虚拟环境中获取服务（即消费者元宇宙）。例如，你可以逛一个虚拟的耐克商店或去银行。 尽管工业元宇宙相似，但它服务于不同的目的。这个元宇宙是一个虚拟环境，工程师和设计师可以协同设计一款新车型，并与数字资产或工厂的数字孪生进行交互。 沙盒和去中心化土地是经典元宇宙平台示例。 当数字孪生与工业元宇宙交汇 6 我们在“应用场景融合”部分会更多讨论这个话题。 在工业元宇宙中，托管数字孪生成为对机器、设备和生产流程进行建模和测试的有力工具。运行场景以提升生产线性能并减少现实世界停机时间。创建虚拟世界以测试解决方案工作流程或设备修复方案，确保在您在现实世界花费宝贵的时间和资源之前它们能够正常工作。 工业元宇宙的潜在增长显著高于其他元宇宙 。 22.73亿 工业数字孪生和仿真以及工业扩展现实收入到2025年将达到227.3亿美元 —ABIResearch研究报告 全球数字孪生、仿真和工业扩展现实收入 工业 •以运营成果驱动•聚焦工业自动化•具有高变现潜力，早期已取得进展 全球虚拟空间收入 消费 •消费者需求驱动•依赖趋势和网络效应•财务碎片化，增长始于2026 全球沉浸式协作及相关云收入 企业 •以商业价值驱动•解决方案和设备创新•具有良好的变现潜力，预计从2025年开始增长 当数字孪生与工业元宇宙交汇 软Serve主动为加速工业元宇宙客户采用的技术进步做出贡献 。 这些概念一起能实现什么 工业元宇宙和数字孪生相结合，可以： 提升实时感知能力使用直观界面，让您几乎以与观察真实环境相同的方式查看您的生态系统。同时，还为您提供潜在问题的预测和推荐解决方案。 模拟不同场景在一个虚拟环境中，然后在一个真实环境中验证和应用你所学到的东西。模拟是侵入性更小、成本更低，为问题提供更优越的解决方案或创建更高效的流程。 促进人协作前所未有。凭借直观界面和元宇宙协作，产品设计 、生产工程和运营团队可以从任何地方更快地实时协作。 构建自我优化的自主系统 为了降低成本并提高可扩展性和有效性。 工业元宇宙和数字孪生平台解决了价值链上的复杂业务问题 ，提升了协作能力以及实时感知能力。 共同目标也得到了极大改善，例如： •决策支持•提高效率和效果•增强意识和协作•提升质量•提高安全和可持续性•降低设计、运营和维护成本 当数字孪生与工业元宇宙交汇 8 在以下部分，您将了解数字孪生和工业元宇宙是如何应用于改进运营或解决您最紧迫的业务问题的。 四大工业元宇宙应用场景 开方三维可视化协作 自主性 这四个应用场景将帮助您更好地理解数字孪生和元宇宙的概念、其行业应用以及所需的技术。 前两个，即虚拟设计和3D可视化，是关键数字孪生应用场景。 开处方表示生产线数字化方面的内容。它指的是将数字孪生作为模型来模拟生产线，以增加吞吐量或预测潜在故障 ，从而确定维护计划。 协作是关键工业元宇宙应用场景，尤其是在设计带有虚拟模型的汽车车身，或让客户在交互式虚拟展厅中配置汽车时 。 当数字孪生和元宇宙成熟并整合时，它会加速自优化自主系统的实现. 为了了解它们在实际应用中的价值和应用，让我们深入探讨这些场景。 当数字孪生与工业元宇宙交汇 9 3D可视化另一方面，直观地传递信息，并通过其虚拟副本为物理资产提供交互界面。例如，它可以是同一条生产线的3D复制品，并显示关键元素的健康状态可视化。 注意。数字孪生的三维可视化方面是可选的。规范模型的成果可以通过传统可视化提供。 开方情景 配置数字孪生意味着模拟、优化、“如果怎样”情景、建议和决策支持。 在处方场景中，通过运行不同的模拟来辅助决策，直到找到最佳方案。您确定最优化行动方案以达成您目标。您将回答诸如哪些材料具有生产最佳产品的强度？或，哪种执行计划最适合我们的生产利用能力和可用物资？ 数字孪生，即孪生，包含更多，具体如下 ： 1.与现实世界建立连接，复制实际流程和资产，并提供当前状态和生学模型的全面视图。 当数字孪生与工业元宇宙交汇 10 数字模拟、优化和预测模型可以更频繁、更快速地运行，并且只需更少的精力，提供实验模型的好处，直到最佳答案显而易见。 你可能会想，“数字孪生和传统仿真有什么区别？”传统仿真用于设计和离线优化，并在现实生活中的事件之外运行。它们是静态的，并且专注于一个特定的现象或行为。 2.在整个价值链中创造价值，而不仅仅是在规划和设计步骤中。 提供更丰富的上下文，通过更高级的场景，复制现实世界环境的所有可能方面，并结合来自流程级到多物理级的不同数据和不同级别的仿真，为单个资产。（实现一个“系统之系统”） 存在许多处方场景。例如，模拟工厂能源消耗和CO2排放水平，运行场景，并找到降低您环境影响的最佳解决方案 。或者，以生产线为例，运行场景以提高吞吐量或产品上市时间。 软Serve创建了一个处方场景，以优化、监控和排除VitalEnergy的油井气举系统的故障。井口仪表盘显示油量变化、地层气量变化、注入点深度变化、GLR动态和水中CFR动态等关键绩效指标（KPI）和指标，以提供性能快照。 当数字孪生与工业元宇宙交汇 11 阅读案例研究 生命能量与SoftServe联手优化气举系统，提升生产率 三维可视化方案 这个数字孪生应用场景更有效地传递信息。 这里信息通过真实系统或资产的视觉复制品展示。 12 当数字孪生与工业元宇宙交汇 它促进近乎实时的感知和运营智能，促进更明智的决策，并使信息获取民主化，这意味着更多的人可以找到、访问、导航和理解信息。 由于技术限制，人类不得不使用示意图、线框图和地图特征来创建复杂三维对象的二维表示。随着三维可视化的出现，我们现在可以用简单易懂的格式来解读这些对象。 三维可视化为人提供了一种更自然的信息消费方式。它拥有更多上下文信息，例如本地化、周围物体及其布局，通过结合不同的视图和数据点来提升感知（即，增强真实感）。 这些三维可视化作为虚拟界面，允许在元宇宙等虚拟环境中对数字孪生进行交互和操作。三维界面不仅美观，而且强大，为你提供了一种直观处理物理交互的方式。 这里有一些三维可视化示例，每个示例都设计用来满足特定项目的需求。 1.基于地图的3D可视化 基于地图的可视化将覆盖层和物体，例如车辆和结构，显示在地图上，为数据提供地理背景。例如，这个城市规模的3D模型构建在NVIDIAOmniverse中，用于可视化和模拟5G信号分布。 阅读案例研究 在另一个例子中，SoftServe的研发团队着手处理温室气体排放问题。他们利用地形作为表面网格来创建甲烷浓度的可视化表示，甲烷速率模拟的输出在下方图像中以蓝色显示。 观看此视频以查看完整的甲烷传播过程。甲烷扩散建模 爱立信在英伟达Omniverse中为5G网络构建数字孪 生 当数字孪生与工业元宇宙交汇 2.三维物体可视化 三维对象可视化创建并展示具有不同层和交互点的三维对象 。它特别适用于说明对象及其组件，从单个资及其部分到复杂生产线和整个工厂的展示。最终用户可以轻松导航以获取关于资产、内部和外部部分等即时信息。以下是从两个SoftServe项目中的例子。 3.点云与三维可视化 点云捕捉并可视化物理对象最精确的表示，这是3D扫描（例如激光雷达扫描）的结果。它提供了一种有效的方式来展示物理对象的最新视觉表示，并结合了叠加数据。 这是一个矿区3D模型，它提供准确且当前的场地可视化，并叠加了有关道路质量的数据。 4.增强现实与三维可视化 AR可视化在真实物体上实时显示3D数据（也称为叠加层） 。它使用标记或物体检测将虚拟现实（VR）物体与现实物体联系起来，提供了一种独特的外延方式来查看和与物理物体互动。 这里是一个将VR应用于海上设施自动视觉检查的示例。 要了解更多，请访问SoftServe的网页。海上设施自动视觉检测项目 当数字孪生与工业元宇宙交汇 5.3D图形可视化 三维图形可视化与传统的分析（折线图、柱状图）不同，以三维格式展示数据。这使得可视化复杂关系和模式变得容易，例如，在单个可视化中展示抵押贷款统计数据，如未偿余额