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工业Metaverse蓝图:最具影响力的经济成果的定义和要求,第1部分
  2022-08-05   

作者: Curt Schwaderer  Embedded Computing Design

        Brandon Lewis   Embedded Computing Design主编

        Doug Migliori     CloudBlue 公司Global Field CTO 

Gartner将元宇宙(metaverse)定义为“一个集合的虚拟开放空间,由虚拟增强的物理和数字现实融合而成。它具有物理持久性,并提供增强的沉浸式体验。”IDC将元宇宙定义为当今互联网的一种演变,它利用移动设备、增强和虚拟现实耳机以及下一代网络,以强烈的存在感创造持久和连续的用户体验。

两者都不准确。他们都没有准确地描绘出元宇宙的深度、规模和潜力,超越了其当前的、新生的形式,也没有准确地描绘出其作为解决世界上一些最紧迫、复杂问题的基本人类娱乐之外的价值。

事实上,元宇宙代表了一个巨大的范式转变,有望重新定义我们如何通过技术解决问题。最早和最大的应用其概念的机会在于行业,在行业中,领先的组织已经在利用元宇宙的构建块(无论他们是否知道)部署数字孪生兄弟,这将有一天形成组成整个虚拟世界的系统体系。

这一系列文章将涵盖工业元宇宙和数字孪生技术、应用、当前行业活动以及标准的潜力。我们鼓励您关注本系列,发表评论并提出问题。当我们开始技术史上最重要的转折点时,参与和合作至关重要。

变革的必要性

人类已经走过了漫长的道路。自从互联网发明以来,全球社会取得了巨大的经济和社会进步。只要点击一个按钮,我们就可以了解任何事情。我们可以每平方英亩养活更多的人,治愈更多的疾病,一天环游世界,在家里与世界任何地方的人交流。

与这些令人印象深刻的进步形成鲜明对比的是,人们意识到会发生多少浪费。IBM Global Business Services2010年的一份执行报告指出,全球50%以上的食品供应从未提供给消费者。农业管理不善浪费了每年35%的水资源。每年25%的电力从未被消耗。仅美国一国的道路拥堵和基础设施布线问题每年就浪费了足够的原油,足以满足德国和荷兰两年的全部需求。

到目前为止,特定领域(如基础设施)的进步是在其自身背景下设计、部署和推进每个系统的结果,几乎没有考虑到该系统作为全球社会的一部分如何相互作用。今天的挑战—充足的粮食、清洁的水供应、能源短缺、气候变化—不能通过同样的孤立方式来解决。这些挑战受到许多系统和行业的影响,需要在单个系统中进行不止一次的改进。

新的心态对于解决这些挑战至关重要。

系统体系方法

IBM报告将我们的世界视为一个复杂的“系统体系”,每个系统以各种方式相互作用。总的来说,这一系统体系占我们国内生产总值(GDP)的100%。

IBM的报告得出结论,这些系统不仅仅是相互关联的——它们之间高度依赖。效率低下不仅存在于每个系统内部,还存在于这些系统的相互关系中。

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图1.现代社会经济系统中的低效性要求开发解决方案时牢记其相互依存性。

(来源:IBM Global Business Services)

多年来,我们一直在提高效率,消除系统中的废物。然而,当在一个系统内定义目标和目的时,可能会导致其他相关系统内效率的提高,从而导致废物的总体净增加。

例如,如果两个非竞争性制造商在美国相互靠近,并且各自优化了自己的物流系统以将产品运送到海外,那么交付这些产品的运输系统反过来可能会在未使用容量的情况下以次优状态运行。

如果这些跨领域物流系统能够连接和共享信息,它们可以共享相同的运输服务,以提高整体产能利用率,从而减少燃料消耗、污染和交通拥堵,同时降低自身的运输成本,这对所有利益相关者来说都是一个积极的结果。

挑战不仅仅是技术或后勤方面的。这个例子说明,我们最大的挑战是克服目前的心态,通过我们的运作。我们计划在我们的领域内以最大效率实现短期目标,而不考虑更大的后果。

我们今天面临的挑战无法通过继续在企业或系统级别进行优化来解决,只能通过在所有系统中使用全面、协调和持续的努力来解决。

利用元宇宙

元宇宙代表了通过采用系统体系方法解决复杂问题的机会。元宇宙中每个系统的目标都可以与提高整体效率和可承受性以及从全球角度减少浪费联系在一起。单个系统内的积极或消极变化与对系统体系的整体影响相平衡。

这是我们解决受许多相关系统影响的复杂问题的唯一途径。

本系列关注元宇宙的工业和经济方面,以及使用元宇宙和数字孪生技术如何帮助建模和优化系统,评估对其他系统的相关影响,并预测对全球系统体系的整体影响。

当然,实现这一点的唯一途径是这些系统能够在域内和域间相互操作。

系统互操作性的七项原则

幸运的是,各组织已经开始朝着这些目标努力。例如,Digital Twin Consortium采用了系统体系方法,并通过定义基于以下关键概念的“系统互操作性框架”奠定了重要基础:

  • 以系统为中心的设计。将产品和应用程序设计为系统类型可以简化其实时连接和交互的能力,从而形成动态系统。

  • 通用元模型。当所有系统共享一个通用的元模型来封装功能、目的和接口时,它们就具有了内在的互操作性。

  • 整体信息流。用于整体理解和最佳决策的信息可以来自多个领域,并且必须在多个领域之间共享和理解。

  • 有状态交互。每个系统的状态表示信息,状态的变化反映在系统之间交换的信息中。

  • 联合存储库。信息必须持久化,并在需要时进行复制,以实现最佳决策,而不是局限于集中的存储库。

  • 可操作信息。共享信息必须是上下文的、可信的、有弹性的,并且对读取进行了优化,以便对系统之间的状态变化做出及时和适当的反应。

  • 可扩展机制。嵌入每个系统中的通用互操作性机制在设计上必须简单,以从两个系统之间的单个连接和交互扩展到复杂全球生态系统中分布式、自治和异构系统的动态联盟。

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图2.Digital Twin System Interoperability Framework的七项原则确保了解决方案的最佳协作设计。

(来源:Digital Twin Consortium)

该框架的一个关键目标是帮助统一高价值、多供应商服务的新兴生态系统,这些服务可以无缝插入多维、可互操作的系统体系。更具体地说,它为构建互操作数字双胞胎的互动生态系统奠定了基础。

让这些全球系统内的所有利益相关者站在同一个页面上,首先是通用术语和基本原则的一致性。这不是一项小任务,但该联盟的系统互操作性框架代表了实现系统体系的分水岭时刻。

所有贡献者在元宇宙中理解和构建可互操作的双胞胎将允许组合优化的协作系统,这些系统可以以积极的方式改变世界,而无需基于未经验证的假设盲目地实现预期良好的系统。

前所未有的机会

展望未来,我们对成功的定义不能局限于系统组件的微观世界。我们都必须改变我们的心态—短期思维和孤立的优化不能决定我们的未来。我们必须深入分析拟议的系统优化及其对其他系统的积极或消极影响。我们必须利用工业元宇宙和可互操作的数字孪生兄弟,为最棘手的世界问题实现突破性解决方案。

工业元宇宙代表了历史上最大的范式转变。采用者有机会推动我们的世界向前发展,否则最终将面临灭绝的风险。


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