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新基建的时代来临,数字孪生能做些什么?

新基建”全称新型基础设施建设,主要聚焦于5G、人工智能、IDC、工业互联网、特高压、城际高铁和轨道交通以及新能源充电桩等设施建设。

正值疫情全球爆发期间,“新基建”的提出,既给经济稳定打了一针强心剂,也揭示了未来基础设施的建设方向。简单来说,新基建可以分为三类:信息网、能源网、交通网。从分类内容能清晰地看出,新基建不仅要促创新,也要补短板,力求多点开花,建立完整的基础设施体系。

新基建分类


新基建为数字孪生带来了广阔的发展前景,反之,数字孪生可以对建设工作进行模拟和优化,为管理、研发及实施等人员提供全生命周期的智能管理工具。

 

信息网建设

1、5G和大数据中心

数字孪生城市是较成熟的产品,通过对城市的物理实体进行虚拟仿真“克隆”出一座数字化城市,在虚拟场景中对城市管理进行精细模拟和优化,并反馈到实际场景,这一特性可以为5G基站/数据中心的规划、施工以及管理提供强有力的技术支持。

虚拟城市简单示意


  • 规划选址:在虚拟场景中不断调整选址,确保满足用户需求;也可将仿真范围扩大,实现地区级5G基站/数据中心的模拟规划以探索最佳布局。

  • 施工建设:对工程建设进行动态模拟,并在物联网设备接入系统时逐一仿真,在虚拟场景中持续进行优化,反馈到现实场景中促进资源配置优化,实现建设效益最大化。同时完成设施的整体建模,为后续的运营管理奠定坚实的基础。

  • 管理运营:基于数字孪生的描述、诊断、预测、决策等递进功能来完成运维和管理工作,不仅可以及时发现并处理各类故障,也可优化运营管理方式。


为满足数据中心的管理需求,我们依托数字孪生推出了数据中心可视化管理系统,已帮助多个数据中心完成了智能化、可视化管理系统的部署。

数据中心管理部分功能

 

实际部署效果

2、工业互联网

美国工业互联网联盟将数字孪生作为工业互联网落地的核心和关键,德国工业4.0架构中也强调了其重要性,两者拥有密不可分的关系。

工业互联网的基础是对设备广泛连接,汇集海量数据并利用算法模型对数据进行深度分析,从而感知运营态势,再通过工业应用结合业务逻辑,把分析结论转为最佳决策并赋予其行动,数字孪生技术可以灵活运用到每一个环节。


一个典型的虚拟工厂架构(摘自中国电子信息产业发展研究院《数字孪生白皮书2019》)

 

工业园区管理

将工厂及周边环境进行仿真建模,并将人车、基础设施(路灯、车位、摄像头等)等数据集成到可视化平台,对人车进出、安防监控等进行管理,并基于虚拟模型的分析和预测等进行决策,制定更加合理的管理制度。

虚拟工业园区

 

工业生产管理

进入工厂,数字孪生可以应用于生产制造流程。

研发设计:基于大数据和人工智能完成需求信息的采集和筛选,在获取反馈之后传递至CAD系统自动建模,并将模型传递至CAE软件进行性能评估及优化,最终基于云服务和物联网进行面向用户的大规模测试。全闭环流程在虚拟环境中完成,节省大量资源的同时大幅缩短研发设计周期。
生产:将流水线进行高精度仿真建模,通过工控系统和物联网驱动设备;数字孪生支持故障预测和分析,并进行预维护,提高生产的安全和可靠性;虚拟模型和物理实体可以随时进行动态交互,共享数据,在算法模型的驱动下进行自我学习、自我优化。
聚合呈现生产数据,对数据进行分析并据此评估经营效益,在虚拟环境中进行模拟经营以探索经营效益最大化,并反馈至实际经营活动。


工业生产可视化管理

数字孪生为工业领域提供了“先知先觉”的管理方式,基于该思路,我们开发了工业可视化管理系统,帮助企业完成了智能化改造。


典型工业可视化项目

 

能源网建设

在新基建之前,国家电网提出了“泛在电力物联网”的概念,在万物互联的基础上实现电力能源行业的智慧管理。


虚拟电力系统


1、 特高压

特高压建设中,数字孪生系统将输电线路和变电站虚拟仿真,建立区域电网的整体分布模型,针对线路和站点进行模拟规划以保证输电效率最大化;对监测设备进行数据采集可以对输电和变电站运营进行实时监控并在虚拟环境中完成故障分析和预测。

电力管理部分功能


2、新能源充电桩

针对充电桩进行仿真建模,并在虚拟场景中可视化呈现状态信息,及时监测并反馈至现实场景中完成故障的及时处理,确保用户流畅使用充电桩,提升服务质量,为新能源事业提供坚实保障。

后台管理界面



交通网建设

数字孪生系统贯穿交通网建设全生命周期,从设计规划、施工一直到建成运营、日常维护。

数字孪生系统为交通线路和停靠站点的地质勘探、设计规划及施工提供模拟和仿真支持。通过建设桥梁、隧道、轨道、车辆和站点等的高精度模型,构建虚拟交通网络,基于传感器、监控设备和勘测等多个数据来源保持与实体同步,可以近乎实时地描述交通状态、车辆位置及客流态势等。

交通设施虚拟仿真


我们使用数字孪生技术完成了铁路机房、轨道交通的精细建模,并实现了交通的日常监管和运维调度,帮助铁路局等单位提升了交通管理效率和出行服务水平。


交通管理部分功能