基于3D渲染和基于虛擬/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的IIoT原理的數(shù)字孿生平臺的方案論文閱讀筆記

論文原文鏈接：https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/9039804

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論文不難理解，軟件開發(fā)向。

宏觀來說，論文主要是兩個部分：

• 數(shù)字孿生的概念
• 數(shù)字孿生系統(tǒng)的設(shè)計方案

論文對于系統(tǒng)的展示是從下面幾個方面進(jìn)行的：

• 虛擬化：從數(shù)據(jù)到可視的圖像

  從這部分可以看出系統(tǒng)的部分架構(gòu)設(shè)計：服務(wù)器承擔(dān)的是物理設(shè)備與終端設(shè)備之間信息轉(zhuǎn)發(fā)的功能，并不承擔(dān)圖像的渲染，終端接收從服務(wù)器發(fā)送來的設(shè)備信息，進(jìn)行本地的渲染。

• 數(shù)據(jù)采集

• 診斷和模擬

  這部分是數(shù)字孿生的價值所在，應(yīng)用數(shù)據(jù)孿生主要是為了診斷和模擬兩個目標(biāo)。

  • 診斷：通過使用數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)或分類器的輸入，可以從其當(dāng)前和過去的值檢測設(shè)備的狀態(tài)。
  • 模擬：預(yù)測設(shè)備未來狀況，比如設(shè)備壽命等。

  通過這兩個方面產(chǎn)出實(shí)際價值。

摘要

本文介紹了一種數(shù)字孿生監(jiān)測、控制和設(shè)備狀態(tài)診斷平臺的設(shè)計方案。內(nèi)容是基于常見的問題，如數(shù)據(jù)收集、可視化和交付給最終用戶。首先對基本術(shù)語進(jìn)行了解釋，然后對系統(tǒng)進(jìn)行了部分展示，并根據(jù)子系統(tǒng)所用于的任務(wù)進(jìn)行了單元劃分。并非所有的技術(shù)都是新創(chuàng)建的，因?yàn)槲覀円部紤]使用知名軟件來解決部分問題并將該軟件集成到這個平臺解決方案中。系統(tǒng)本身，如果實(shí)現(xiàn)，應(yīng)該為數(shù)字孿生可視化問題提供一種替代方法和新方法，提供從終端設(shè)備獲取數(shù)據(jù)的工具和將這些數(shù)據(jù)獲取給另一端平臺用戶的診斷工具。

關(guān)鍵詞：工業(yè)4.0，數(shù)字孿生，虛擬現(xiàn)實(shí)，混合現(xiàn)實(shí)，機(jī)電一體化，物聯(lián)網(wǎng)

一、引言

IoT設(shè)備等搜集到的數(shù)據(jù)為大量分析提供了來源。有一些好處。
數(shù)據(jù)可以通過多種方式可視化。為了處理這項任務(wù)，數(shù)字孿生術(shù)語被創(chuàng)造出來，從數(shù)據(jù)建立物理對象的對應(yīng)虛擬物，需要我們進(jìn)一步的工作。

物理設(shè)備擁有其虛擬對應(yīng)物可以提供許多好處。本文描述了VR和AR設(shè)備三維可視化的實(shí)際應(yīng)用，并提出了整個系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施，這是創(chuàng)建所提出的數(shù)字孿生平臺的第一步。

二、數(shù)字孿生

介紹數(shù)字孿生的概念

數(shù)字孿生可以被描述為關(guān)于物理系統(tǒng)的信息的數(shù)字構(gòu)造。獨(dú)立的，但是真實(shí)的和虛擬的副本被連接起來共享數(shù)據(jù)。數(shù)字孿生應(yīng)該最佳地包括與物理設(shè)備相關(guān)的所有信息，這些信息可以獲得最大的相似性和相關(guān)性所呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)。因此，雙胞胎不僅僅是視覺上的相似，而是連接和數(shù)據(jù)共享，這使數(shù)字雙胞胎成為真正的雙胞胎，發(fā)揮其全部潛力。

引入一些區(qū)別的概念：

• 數(shù)字模型
• 數(shù)字影子
• 數(shù)字孿生

數(shù)字模型是現(xiàn)有或計劃的物理對象的數(shù)字表示，不使用任何形式的與物理設(shè)備的自動數(shù)據(jù)交換。設(shè)備狀態(tài)改變不影響模型狀態(tài)。數(shù)字影子是一種數(shù)字模型，在這種情況下，物理設(shè)備與其影子共享數(shù)據(jù)，數(shù)字影子根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)反映其狀態(tài)。這是單向通信。

數(shù)字孿生不同于模型和影子，它與對應(yīng)的模型進(jìn)行雙向交流。因此，不僅設(shè)備的改變會影響到雙胞胎，改變數(shù)字雙胞胎的狀態(tài)也會影響到真實(shí)的設(shè)備。數(shù)字孿生狀態(tài)變化可用于控制設(shè)備。

數(shù)字影子是單向通信；

數(shù)字孿生是雙向通信；

• 第一階段只有物理版本
• 第二階段創(chuàng)建數(shù)字版本以補(bǔ)充物理數(shù)據(jù)
• 第三階段物理和虛擬之間的交互
• 第四階段物理和數(shù)字層之間的進(jìn)一步交互和融合

數(shù)字孿生是利用物理設(shè)備的歷史數(shù)據(jù)來了解設(shè)備在現(xiàn)實(shí)中的狀況，同時還使用實(shí)時數(shù)據(jù)來表示當(dāng)前設(shè)備狀態(tài)。

數(shù)字孿生好處：

通過了解設(shè)備的實(shí)際狀況，可以預(yù)測未來的狀態(tài)，這有助于有效地監(jiān)測、模擬和控制執(zhí)行器或過程，并優(yōu)化生命周期。

三、數(shù)字孿生平臺方案

考慮到數(shù)字孿生的特性和可能性，我們正在設(shè)計一個平臺架構(gòu)，它將處理與數(shù)字孿生創(chuàng)建相關(guān)的任務(wù)，并為數(shù)據(jù)可視化提供統(tǒng)一的動態(tài)解決方案，功能強(qiáng)大，但仍然簡單和智能，因?yàn)檫@是現(xiàn)有解決方案中仍然不可用的功能。

整個系統(tǒng)應(yīng)提供設(shè)備之間的連接、數(shù)據(jù)存儲、可視化、診斷和模擬，這是解決問題的主要任務(wù)。平臺應(yīng)該允許創(chuàng)建第四階段的數(shù)字雙胞胎——與真實(shí)設(shè)備進(jìn)行雙向通信，更復(fù)雜的通信和基于預(yù)測的自動化，為用戶創(chuàng)造有價值的輸出。

利用機(jī)器學(xué)習(xí)獲取數(shù)據(jù)，訓(xùn)練得到結(jié)果。
后續(xù)文章從虛擬化、數(shù)據(jù)搜集、診斷和預(yù)測幾個角度進(jìn)行了詳細(xì)的說明。