《数字孪生将推动数字化转型的未来》白皮书

目录摘要.........................................................................3数字享生的市场机会.......................................................5数字享生技术的演进.......................................................6第一代数字率生.......................................................6复杂环境的新型数字享生............................................6数字享生示例...............................................................8示例1：智慧建筑.......................................................8示例2机场............................................................9示例3:炼油厂.........................................................10数字挛生的机会............................................................11商业..................................................................11可持续性和环境效益................................................12数字挛生平台要求.........................................................13下一代数字享生的特点....................................................15可视化实时数据......................................................15适应新要求..........................................................16使用嵌入式Alia行分布式智能.......................................17动态响应感兴趣情况................................................18模拟未来.............................................................19跨业务系统互操作...................................................19总结........................................................................20数字季生将会推动数字化转型的未来2摘要我们周围世界的运转方式正在发生重大转变。物理系统越来越多地被可以虚拟表现物理世界的数字系统所扩展。用数字化方式模拟复杂的物理环境，如大型建筑、工厂、机场或炼油厂等，我们就能以这种创新的方式监控事物。这种方式就是“数字享生”O采用数字享生技术可以显著提高运营效率、S全性和防护性，同时降低成本、减少浪费和冗余。数字率生可以实时分析和处理复杂的问题，如：供水、重大交通事故、工厂故障或机场可疑行为等。它还可以提前模拟此类事件，以便发生时能够做好应对准备。VANTIQ正在与其客户和合作伙伴共同开发数字享生应用程序，以解决复杂的操作问题，降低成本和复杂性，并创造新的业务营收。例如，在VANTIQ平台的帮助下，福特公司正在开发智慧交通和停车管理系统，日本软银正在开发提供个性化广告的智能建筑，中国深圳的毕美公司正在开发一款新产品，以改善复杂建筑的运营基础设施管理。随着数字享生技术得到进一步的认同和应用，将极大影响企业的数字创新战略。企业需要实施该技术才能保持竞争力;各国政府需裳创建数字享生，以解决环境问题并拯救生命。数字享生技术的影响将是重大的，而且发展会比预期快得多。高级的数字享生需裳采用物联网(IOT)、人工智能(AI)和边缘计算(使计算和数据存储更接近实际需要的位置，更多信息请参阅VANTIQ的分布式业务应用程序白皮书)。基于摩尔定律，硬件成本以指数级降低，这些先进技术现已处于可广泛应用的阶段。数字率生将会推动数字化转型的未来3摘要所以现在正是创建高级数字享生的时候。VANTIQ与市面上其他平台不同，它有快速创建和运行数字享生的核B技术，包括：可以将信息分发到任意节点的事件代理，敏捷地创建和实施业务逻辑的低代码开发模式，以及在高度分布式环境中顺畅运行的灵活部署方式。使用VANTIQ创建的高级数字享生还包括智能入机协作，以便人可以监控整个流程，并在必要时接手控制。VANTIQ平台简化了构建数字享生的复杂性，是当前最完整的可用解决方案。综上所述，在创建高级数字享生方面，VANTIQ比其他解决方案有更高的成功率。这里可以参考众多行业分析师的结论：数字化转型方案实施过程中通常有50-84%的失败率（这个历史统计包含了数字享生在内的广泛行业类别）。我们还处于数字享生技术的早期阶段。出于安全和性能的原因，网络会在不久的将来改变其表现方式。智能传感器将更好地应对安全威胁。边缘计算和云计算将在逻辑上合并，这样一来，处理逻辑（软件）可以动态实时改变运行位置。举例，如果一台摄像机识别到恐怖分子，我们希望附近所有摄像机都能实时关注此人的去向。本文档介绍了当今数字享生所需的技术，以及VANTIQ平台架构如何满足这些不断演化的技术需求。数字率生将会推动数字化转型的未来4数字挛生的市场机会数字尊生市场能够如此快速地成长，主要是因为相关支持的技术已经被广泛应用，并且可以低成本获得。四年多前，VANTIQ公司前瞻性地认识到这一趋势，并相应地设计了VANTIQ平台。凭借这一先行优势，VANTIQ能够独特地定位在“为当今企业创建高级数字寧生而赋能”O最近，关于数字哗生市场有许多研究和分析被发表出来：“大多数新的物联网系统需聲实时或授近实时的数据，标明物理事物相关的事件和状态，这些物理事物包括机器、车辆、人员、建筑物或其他资产等。"Gartner为什么和地何设计数字率生2018年9月•根据MRFR(Marketresearchfuture)2019年2月)，数字率生市场正以每年45%的速度増长，到2025年将达到150亿美元。根据《数字哗生市®(2018)lnfinium＞中发布的内容，Infinium全球研究公司认为2025年数字章生市场将达到240亿美7Lo商业内幕(Businesslnsider2019年10月)相信到2025年，年增长率将达到35%0根据Gartner的报告(IDG00428588,2019年9月25日)，“应用数字率生正在成为应用物联网的同义词"和“到2024年，超过四分之三已实施物联网技术的公司将部署至少一个生产环境的数字率生平台，，。数字寧生的影响可能比预测的还要大得多，因为相比上面报告提到的简单场景，更加复杂和有价值的场景将被开发出来。业内大部分预测是基于第一代数字享生技术，而不是本文提及的高级数字章生。VANTIQ平台目前正在被很多系统集成商(Sis)选择来祠建高级数字季生，以満足客户需求；电信公司用来増强其战略产品；领先的工业企业(汽车、石油和天然气)选择VANTIQ平台来进行技术创新以面对市场竞争；政府也用来解决环境冋题。与智能手机或互联网一样，所有的创新应用无法被准确预测出来，但是一定会加速全球的创造力。数字學生将会推动数字化转型的未来5数字享生技术的演进第一代散字学生复杂环境的新型数字挛生使用计算机辅助设计一台设备(例如发动机)已经存在了几十年。传感器被安装在各种设备中用来检测温度和频率等参数，再通过数据分析来预测设备故障。在过去10年里，云架构、边缘计算和物联网设备的成本极大降低，可用性也有了很大提高，尤其是在过去几年中逬步尤为显著。现在比起以往任何时候，我们更能获得大量和全面的数据，这些数据不仅能为大型复杂的物理环境进行建模，还能通过传感器、摄像头和监控系统将模型带入真实世界。这将导致一种新型的高级数字享生:一个对企业影响范围更广，更强大的数字享生。为了解释高级数字享生如何运行，让我们使用Waze软件做一个简单的示例。在Waze里，您可以添加交通、天气和道路堵塞等多种环境条件，使用"如果怎样-将会怎样”(What-If)的到现在，数字挛生已经可以为各种设备建立模型，比如发动机、发电机、医疗设备等，提高这些设备在生命周期中的运行性能。这都属于第一代数字享生应用。模式模拟从A点到B点的驾驶旅程。您可以通过Waze软件来监控和导航，自动通过社交网络从其他司机处获取相关路况信息，实时更新行程中的路况。和上面说到的较简单的第一代数字享生相比，这款软件提供了不同的仲验：Waze与复杂的物理环境密切互动，使用地图和定位服务(GPS)与其他系统的相关信息进行结合，同时与用户实现实时协同。还可以有比这更综合的应用--通过数以万计或十万计的传感器连续更新数据来监控城市的交通，并协调相关的交通控制系统。一个数字挛生应用可以通过优化交通信号灯、事故管理、基础设施利用和应急响应等，智能地控制车辆的整体流量，提高交通系统的有效性。数字率生将会推动数字化转型的未来6数字享生技术的演进苹页）复杂环境的新型数字擊生授上页数字享生可以表现一个复杂的环境，如:大型建筑物、石油和天然气设施或港口等。为了准确反映这个环境的当前状态，需要不断捕捉和分析物理环境（空间）里的事物和人员的变化（时间）。VANTIQ正与很多合作伙伴（软银、道达尔、福特和高重、北京机场）合作，赋能数字季生技术对这样的复杂物理环境进行建模和监控。在原有的体系基础上创建数字章生而产出重大价值的，建筑行业就是一个经典例子。大多数高端建筑项目都会在设计吩段就进行3DBIM建模（建筑信息模型），一直在施工期间使用。一个BIM（建筑信息模型）连授上传感器和其他数据，就可以逼真地展示实时运行状态。这样的数字享生可以提高效率、增强安全性和防护性，减少浪费和盗窃，可以应用于智慧楼宇、智慧商店、智慧基础设施、智慧铁路、智慧港口等环境中。图1：新的数字挛生将从许多系统中获取信息，并实时了解正在发生的事情。这将使智能空冋的有效运行成为可能。数据输入数字奪生特点智慧空间数字享生将会推动数字化转型的未来7数字享生示例示例1:智慧建筑皿数字章生需求日增的其中一个场景是在智慧楼宇领域。如今大多数智慧楼宇模型被用来模拟物理系统，在施工的过程中检测可能的问题。然而美联适当传感器的事件驱动应用可以髄时捕捉变化、收集数据，使樱宇模型更加贴合实际地运行，展示正在进行的操作（参见圏2）。从建筑信息建模（BIM）开始，操作员可以建立一个实时模型，对反映建筑物实时状态的流数据进行分析。这个应用能够全自动地或人际协同地提高运营效率，检測安全事故，调整环境参数。再有，机器学习算法就可以被用来预测建筑系统的未来状态，并给出对应的操作建议，例如派单给维修人员或使机器离线。VANTIQ正在与毕美合作，将3DBIM（3D建筑信息模型）和VANTIQ平台的实时事件驱动处理能力相结合，创建成一套无缝衔授的系统。这将是一个完全动态模拟的3DBIM,刻画出建筑物各种设备的实时操作，包括其居住者和其他相关的环境状况。这个实时BIM操作更简化，在出现问题时能与供应商协调，能为居住者提高安全性和防护性。实时3D可视化功能会突出问题状况，屏蔽冗余的信息。当有状况发生时，VANTIQ的协作功能会为操作员提供操作建议。图2:通过BIM创建的商业建筑3D数字率生，由事件驱动应用程序实时监控和控制。图片由VANTIQ合作伙伴深圳毕美提供。数字孳生将会推动数字化转型的未来8数字享生示例（续上页）示例2：机场大型公共设施（如机场和火车站）是实施数字擎生的理想场所，可用于模拟可能的事况和优化场地的营运。VANTIQ合作伙伴高重信息科技是一家高端AI公司，正为中国北京的首都机场建设下一代安全监控系统。与图像识别技术相结合时，能深度了解一个场所，获取每个设施中人员的位置和当前状态（参见圈3）。如果某处人满为患，或有人正处于危险区或禁区，这些特殊情况都能被立刻检测出来。另外，通过行为的识别还能判断某人是否受伤或行为可疑。相应的处理方式可以预先编排好，作出实时有效的应对。通过VANTIQ的协作模型，可以立即分配距离事件最近的专业安保人员去处理问题，同时相关事况会被通知到关联系统或相关组织。圄3:机场的敬字挛生与物体检测技术结合使用，确定建筑物内人员的运动和状态。图片由VANTIQ合作俠伴高重信息提供。数字孳生将会推动数字化转型的未来9数字享生示例（续上页）示例3:炼油厂图4：躲油厂的数字寧生设备用于实时检测问题和管理操作。图片由VANTIQ客户道达尔提供。面对某些复杂的基础设施（如炼油厂中的各类设施），能够提前模拟问题的发生是极其有帮助的。而更加有意义的是通过真实物理系统的数字化展示能力去实时指导行动决策，以便拯救生命。法国道达尔是欧洲领先的石油和天然气公司，已使用VANTIQ开发了炼油厂运营的高级数字挛生应用，作为道达尔异常检测仲系（TADI）的一部分。这个体系的主要目的是在发生事故时挽救生命，例如有毒气仲泄漏、设备故障等事故。通过创建炼油厂的实时模型，事故区域附近的人员可以得到警报以及疏散指引（可结合其他技术去实现，例如现场机器人），同时发起相夫的事故响应机制（见图4）。处理如此复杂的情况时，最大的挪战之一是让人们及时感知到异常已经发生。道达尔聘请了心理学博士来解决人们的认知偏差可能带来的问题，并具体了解了VANTIQ如何能令异常事况凸显，以便帮助操作员接收和识别。因此，最好使用软件逻辑结合人为判断去识别异常事况以减少疏漏，因为人们心目中对事故的发生已经有了自己的预期，这往往会导致某些问题没能被发现（这称为认知偏差）。人机协作模型是道达尔选择VANTIQ的两个主要原因之一，另一个原因是开发的敏捷性。道达尔与VANTIQ合作，正在推动石油和天然气行业的数字学生技术发展。数字率生将会推动数字化转型的未来10数字享生的机会商机@5:基于个入特征的图像识别和情境感知的智能广告。圏片由VANTIQ合作俠伴软银提供。世界5000强的公司、系统集成商(Sis)和独立软件供应商(ISVs)意识到数字孳生的需求并率先进入市场，将创造更多创新的商业机会。这些数字享生可以创建为模板，并复用。大型商业区有许多行人，例如在机场或火车站，可以使用数字享生改善客户体验。例如火车站的数字寧生可以引导乘客使用AR(增强现实)从一个站台去到另一个站台。在令人沮丧的时刻，好比火车突然晚点25分钟，当地的零售店和食品店可以利用这个机会自动提供打折商品或外卖。精准广告可以结合人群的画像和美联场景(如等候车次的时间等)，了解当前的客户感受来创造新的销售机会。这也适用于员工休验和满意度。VANTIQ的合作伙伴软银(SoftBank)正在为其新总部打造数字零生环境，使之成为世界上最智慧的建筑群(见圏5)o对数字享生的高级应用一远程监控和操作真实物理环境一可以创造新的市场机会。通过此类技术，安全、安保和精准操控可以随时得到显著提升。偏远地区的矿山、石油平台、或者大型工地可以只保留少量工人在现场操作，大量工作将通过远程操控来完成。这种新型的服务会催生很多新企业。还有更多案例说明高级数字享生的应用能够并将要创造新商机。与其他创新一样，全世界的创造力会衍生出更多创新想法和应用。数字孳生将会推动数字化转型的未来11数字享生的机会续M可持续性和环境效益图6：更有效的管理水系统和提高粮食产量的智能农业解决方案。图片由VANTIQ客户Watwbit提供。为了实现可持续性，人类需要提高运营效率，使用可替代资源，减少浪费。据估计，世界上40%的食品生产出来后是被浪费的。创建数字享生来监控和改进供应链运营和生产管理可以改变这个状况。（参见圏6）。“可持续建筑（绿色建筑）就是旨在通过提高材料、能源、发展空间和生态系统的使用效率，将建筑妙环境的负面影响降至最低。”一维基百科数字寧生技术可以通过对智慧建筑的有效建模和实时管理来实现这一目标。数字李生还可以帮助识别出环境问题和事故。例如当发生天然气泄漏时，道达尔利用VANTIQ开发的数字章生及时启动维修，并引导人员安全撤离泄漏区域。VANTIQ正在与一个法国合作伙伴合作开发应用，指引和帮助人们应対供水的威胁。此外，数字章生的灾唯模拟可以训练人员逃生并规划自动响应（如打开的逃生门、关闭燃气等），以拯救生命。数字孳生将会推动数字化转型的未来12数字享生平台要求VANTIQ平台有一套独特的数字享生功能数字挛生需要一个从头开始构建的现代平台：实时和事件驱动一一能够接收事件并在任何节点分析事件，从相关外部来源添加美联场景，并在事件发生时传递信息。例如，当火灾警报响起，该事件会立即被分析，并逬行场景化模拟以确定是否有威胁性，警报将被发送到相夫的业务系统，如安防系统、门禁系统及和应急服务系统，以便联动这些系统能够实时响应，并根据情况发展而动态地改变应对策略。这类的异步数据必须在它发生时就实时处理，而不是放在数据库中供以后分析。边缘端和云端整合一一及时处理时间敏感信息，而且避免网络过载。分析计算和AI计算将会在边缘端上运行，因为即使通过高度可靠的网络，您也不希望运算能力距离信息源太远。边缘端必须实时动态根据当前情况逬行分析，并给出操作指弓I。更进一步来说，考虑到这些系统涉及的数据规模之大，边縁端的有效利用能够使相关事件只向有需要的位置传递（不会传输诲量数据），这样能确保整仲性能的可靠性。•人机协作一一使人们能够运用自己的经验、直觉和推理能力为处理特殊情况加分。人类和机器充分发挥所长的有效协作，能够得到1+1=3的结果。在有需要的时候，人类应该做决策的主导者，毕竟机器不能独立自动化地运作这个世界一一至少在可预见的未来不应如此。例如，当正机在自动驾驶仪的掌管下飞行时，驾驶仪系统应该与飞行员协作，而不是否决飞行员的操作一一在很多情况下，人类的推理能力比软件算法能做出更正确的决策。数字率生将会推动数字化转型的未来13数字享生平台要求急页）关键任务一一确保非常高标准的可靠性、安全性和性能。随着世界越来越依赖物联网和数字举生，这一需求将不断増长。例如，当事故发生，负责处理事故的相关系统必须可靠地发送和投收该事件，以便解决问题。当生命受到威胁时，不能容许任何通信错误的发生。敏捷一一能够非常快速地枸建和发展数字哗生，以便在这不断增长的新市场中跟上需求的变化，从而进行验证和实现功能的快速添加。例如，如果一组新的自动门出现故障并伤害到人，那这组自动门的控制软件要立即更新，即使在数百个边缘节点上也要马上实现。图7:VANTIQ使用1K代码开发环境快速有效地将环境中的实时数据转换为智能业务响应传感器IT系统VANTIQ数字挛生数据模型rrirzirri采集FI丰富|>1管理u业务响应数字孳生将会推动数字化转型的未来14下一代数字挛生的特点可视化实时数据可视化对于数字學生极其有用，可帮助人们解析真实的或模拟的事态。例如用2D或者3D模型展示物理环境可以呈现出当前真实世界中发生的情况，也可以在重要事况发生时警示用户。（下面的图8）是一张与实时图像結合的地图，让操作人员更好的感知事态。圄8:智能街道的散字挛生休可展示出街道的当前状态，并追踪所矢注的情况，例如一辆车阻塞了通道入口或引发了安全问题。图片由VANTIQ客户福特汽车公司提供。数字孳生将会推动数字化转型的未来15下一代数字挛生的特点（续也适应新要求圈9:控制室操作员和数字挛生系统必须协同工作，人类能够根据需要干預和更新系统。城市是一套随着时间推移逐断演进的复杂系统。它们之所以非常复杂是因为包含了方方面面：车辆/交通、废物/污水清除、食物/水分配、配电、现场服务等等。这种复杂性是如何演进的？答案是一点一滴积累而成，许多人在整个设计中仅仅扮演一小部分角色。这样的演化可能花了很长时间（几百年），也带来了许多创新，如电网、电梯、空调等等。今天，我们借助数字挛生技术，将更容易、更快地实现物理世界中的各种革新。这种改变的速啊能会产生意想不到的后果。电影《侏罗纪公园》中失去控制的局面（虽然是虚枸的故事），也应该带绷il反思。熟门正出处于f复杂即系统“（CAS）,而各种不可预测因素正是由人来定义。人们瀟加自身适应后的反馈来推进系统的改进，利用数字章生可以加快改变的实现（®9）o因此，快速智麒识别和修复相关问题变得至关重要。旧式传统技术的生命周期管理不再是物理世界中的项，而会更多地依谶字较的正确应用。如果应用程序存在重大安全问题（如误报或网络漏洞攻击），就必须立即解决。殲E生的及时修正要求系统支持灵活地快速更新逻辑、架构、或者应用的任何一个部分。而VANTIQ的廁应用都可以在系统运行时动态更改。数字孳生将会推动数字化转型的未来16下一代数字挛生的特点（续也使用嵌入式Al进行分布式智能图10:分布式AI既能使企业更智能，又能提高员工的工作效率到目前为止，AI大多部署在云上。亚马逊和Netflix就是早期用户。AI的新部署模式将无处不在一一在云中、边缘、用户设备中。此外，多个AI服务可以同时运行，例如：一张圈片可能被各种AI服务分析，以搜素不同的对象或事件一一是否有人正在奔跑，是否存在泄漏，是否有地震?在边缘端上逬行初步处理后，可以在云端调用数据库以进行更深入的分析。一个数字零生体提供一个共享的虚拟模型，这样来自多个分布式人工智能服务的数据就可以组合在一起使用。世界上正在创建的大量AI在适用性和复杂性上呈指数级增长。这样的趋势是由各种规模的大学和科技公司的计算机科学团队创造出来的。随着更具创新性的AI功能将不断取代已有功能，数字季生也会得益于这种快速増长。数字孳生将会推动数字化转型的未来17下一代数字挛生的特点保页）动态响应感兴趣情况运行数字挛生应用程序的软件和业务逻辑需要动态化以满足当前和不断变化的需求。有几个示例将提供需要此情况的实际情况：在城市公园寻找迷路的孩子在音乐会期间，音乐大厅里追踪恐怖分子在人口稠密地区监测扩散的有毒化学品追踪沿着高速公路行驶的可疑车辆当我们希望对实时发生的情况进行更复杂的分析时（如上面的示例），必须将查找内容的逻辑和对输入数据的分析（AI）算法实时地预配到边缘计算机端。我们来举例子说明：假设通过摄像机的图像识别到一个赚疑人，把图像传输到云应用中，并和已知恐怖分子的数据库逬行匹配。即使在高速网络下快速处理，整个流程也需豊几秒或几十秒。再假设，当附近环境中的多个位置有数百甚至数干个边缘节点与摄像头链授，这就需豊摄像头边缘节点不间断得到信息更新（如关注对象的特征细节），才能够更容易地实时跟踪个人轨迹。解决方案就是为附近所有边缘节点和摄像头提供匹配出来的个人特征信息和AI分析需豊的相关信息，让这些边缘节点同时逬行识别検索。对于测量不