什么是數(shù)字孿生？

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走進(jìn)一家汽車(chē)裝配廠?？吹焦と藢⒙菽钢饾u減少到螺栓上。聽(tīng)到氣動(dòng)工具的嗡嗡聲。觀看原始的車(chē)身沿著生產(chǎn)線滑行，機(jī)器人卷起零件。

現(xiàn)在，在線啟動(dòng)其 3D 數(shù)字孿生。看到動(dòng)畫(huà)數(shù)字人類(lèi)在完全相同但數(shù)字版本的植物中工作。拖放機(jī)器人來(lái)移動(dòng)重型材料，并運(yùn)行模擬以進(jìn)行優(yōu)化，獲取實(shí)時(shí)工廠車(chē)間數(shù)據(jù)以進(jìn)行改進(jìn)。這是一個(gè)數(shù)字孿生。

數(shù)字孿生是現(xiàn)實(shí)世界物理資產(chǎn)或系統(tǒng)的虛擬表示 - 物理和材料的真實(shí)模擬，并不斷更新。

數(shù)字孿生不僅適用于無(wú)生命的物體和人。它們可以是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的虛擬表示，用作網(wǎng)絡(luò)攻擊模擬的沙箱。他們可以復(fù)制履行中心流程，在實(shí)時(shí)環(huán)境中激活某些機(jī)器人功能之前測(cè)試人機(jī)交互。應(yīng)用范圍與想象一樣廣泛。

數(shù)字孿生正在撼動(dòng)企業(yè)的運(yùn)營(yíng)。根據(jù)Grand View Research的數(shù)據(jù)，到86年，全球數(shù)字孿生平臺(tái)市場(chǎng)預(yù)計(jì)將達(dá)到2028億美元。其報(bào)告引用 COVID-19 作為在特定行業(yè)采用數(shù)字孿生的催化劑。

物聯(lián)網(wǎng)正在加速數(shù)字孿生。

物聯(lián)網(wǎng)正在幫助互聯(lián)的機(jī)器和設(shè)備與其數(shù)字孿生共享數(shù)據(jù)，反之亦然。這是因?yàn)閿?shù)字孿生始終處于開(kāi)啟狀態(tài)，并且是它們所代表的真實(shí)物聯(lián)網(wǎng)連接物理事物或過(guò)程的最新計(jì)算機(jī)模擬版本。

數(shù)字孿生是虛擬表示，可以捕獲結(jié)構(gòu)的物理特性以及內(nèi)部和外部不斷變化的條件，由邊緣計(jì)算驅(qū)動(dòng)的無(wú)數(shù)連接傳感器測(cè)量。他們還可以在虛擬化中運(yùn)行模擬，以測(cè)試問(wèn)題并通過(guò)服務(wù)更新尋求改進(jìn)。

機(jī)器人開(kāi)發(fā)和自動(dòng)駕駛汽車(chē)只是數(shù)字孿生中用于模仿物理設(shè)備和環(huán)境的越來(lái)越多的例子中的幾個(gè)。

“非常簡(jiǎn)單的自動(dòng)駕駛汽車(chē)是在開(kāi)放世界中運(yùn)行的機(jī)器人，努力避免與任何東西接觸，”NVIDIA全宇宙和模擬技術(shù)副總裁Rev Lebaredian說(shuō)?！白罱K，我們將擁有復(fù)雜的自主機(jī)器人，在廚房等環(huán)境中與人類(lèi)一起工作 - 操縱刀具和其他危險(xiǎn)工具。我們需要他們將要運(yùn)營(yíng)的世界的數(shù)字孿生，這樣我們就可以在虛擬世界中安全地教他們，然后再將他們的智能轉(zhuǎn)移到現(xiàn)實(shí)世界中。

共享的虛擬 3D 世界將人們聚集在一起，在數(shù)字孿生上進(jìn)行協(xié)作。

交互式3D虛擬宇宙在游戲中很明顯。Fortnite等在線社交游戲和用戶生成的Roblox虛擬世界提供了互動(dòng)潛力的一瞥。

VR中的視頻電話會(huì)議，參與者作為自己的化身存在于共享的虛擬會(huì)議室中，是實(shí)現(xiàn)企業(yè)可能性的一步。

如今，存在在此環(huán)境中的共享虛擬協(xié)作平臺(tái)中開(kāi)發(fā)這些共享虛擬世界中的每一個(gè)的工具。

在 GTC 上，NVIDIA 推出了 Omniverse Replicator，以幫助開(kāi)發(fā)數(shù)字孿生。它是一個(gè)合成數(shù)據(jù)生成引擎，可生成用于訓(xùn)練深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的物理模擬數(shù)據(jù)。

除此之外，該公司還為生成合成數(shù)據(jù)的應(yīng)用程序推出了兩種引擎實(shí)現(xiàn)：NVIDIA DRIVE Sim，一個(gè)用于托管自動(dòng)駕駛汽車(chē)數(shù)字孿生的虛擬世界，以及NVIDIA Isaac Sim，一個(gè)用于操縱機(jī)器人數(shù)字孿生的虛擬世界。

使用這些數(shù)據(jù)開(kāi)發(fā)的自動(dòng)駕駛汽車(chē)和機(jī)器人可以在一系列虛擬環(huán)境中掌握技能，然后再將其應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)世界。

基于皮克斯的通用場(chǎng)景描述和 NVIDIA RTX 技術(shù)，NVIDIA Omniverse 是世界上第一個(gè)可擴(kuò)展的多 GPU 物理精確世界模擬平臺(tái)。

Omniverse為用戶提供了連接到多個(gè)軟件生態(tài)系統(tǒng)的能力，包括Epic Games Unreal Engine，Reallusion，OnShape，Blender和Adobe，可以幫助數(shù)百萬(wàn)用戶。

參考開(kāi)發(fā)平臺(tái)是模塊化的，可以輕松擴(kuò)展。NVIDIA 的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)利用該平臺(tái)來(lái)構(gòu)建核心模擬應(yīng)用程式，例如前面提到的 NVIDIA Isaac Sim 手術(shù)和合成數(shù)據(jù)生成，以及 NVIDIA DRIVE Sim。

DRIVE Sim 能夠在虛擬環(huán)境中重現(xiàn)真實(shí)世界的駕駛場(chǎng)景，以便測(cè)試和開(kāi)發(fā)罕見(jiàn)和危險(xiǎn)的用例。此外，由于模擬器對(duì)任何場(chǎng)景中的地面真相都有完美的理解，因此來(lái)自模擬器的數(shù)據(jù)可用于訓(xùn)練自動(dòng)駕駛汽車(chē)感知中使用的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

正如寶馬集團(tuán)未來(lái)的工廠所示，Omniverse的模塊化和開(kāi)放性使其能夠利用其他幾個(gè)NVIDIA平臺(tái)，例如用于機(jī)器人的NVIDIA Isaac平臺(tái)，用于智能視頻分析的NVIDIA Metropolis以及NVIDIA Aerial 軟件開(kāi)發(fā)套件，該套件將GPU加速，軟件定義的5G無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)帶到環(huán)境中，以及供用戶和公司繼續(xù)使用的第三方軟件。他們自己的工具。

在構(gòu)建數(shù)字孿生并部署其功能時(shí)，需要收集 AI 資源。

NVIDIA 基本命令平臺(tái)使企業(yè)能夠部署大規(guī)模的 AI 基礎(chǔ)設(shè)施。它優(yōu)化了用戶和團(tuán)隊(duì)的資源，并且可以監(jiān)控從早期開(kāi)發(fā)到生產(chǎn)的工作流程。

Base Command 的開(kāi)發(fā)是為了通過(guò) AI 資源幫助支持 NVIDIA 的內(nèi)部研究團(tuán)隊(duì)。它有助于管理可用的 GPU 資源，選擇可用的數(shù)據(jù)庫(kù)、工作區(qū)和容器映像。

它管理 AI 開(kāi)發(fā)的生命周期，包括工作負(fù)載管理和資源共享，提供圖形用戶界面和命令行界面，以及集成的監(jiān)控和報(bào)告儀表板。它將最新的 NVIDIA 更新直接傳送到您的 AI 工作流程中。

可以將其視為 AI 的計(jì)算引擎。

NVIDIA 艦隊(duì)司令部提供遠(yuǎn)程 AI 管理。

將 AI 從數(shù)字孿生體實(shí)施到現(xiàn)實(shí)世界需要一個(gè)部署平臺(tái)來(lái)處理對(duì)數(shù)千甚至數(shù)百萬(wàn)臺(tái)邊緣機(jī)器和設(shè)備的更新。

NVIDIA 艦隊(duì)司令部是一項(xiàng)基于云的服務(wù)，可從 NVIDIA NGC GPU 加速軟件中心訪問(wèn)，以跨邊緣連接的系統(tǒng)和設(shè)備安全地部署、管理和擴(kuò)展 AI 應(yīng)用程序。

艦隊(duì)司令部使履行中心、制造設(shè)施、零售商和許多其他機(jī)構(gòu)能夠遠(yuǎn)程實(shí)施人工智能更新。

數(shù)字孿生實(shí)現(xiàn)了事物的自主性。它們可用于自主控制物理對(duì)應(yīng)物。

例如，一家電動(dòng)汽車(chē)制造商可能會(huì)使用轎車(chē)的數(shù)字孿生來(lái)運(yùn)行軟件更新模擬。當(dāng)模擬顯示汽車(chē)性能的改進(jìn)或解決問(wèn)題時(shí)，這些軟件更新可以通過(guò)空中發(fā)送到物理車(chē)輛。

西門(mén)子能源正在創(chuàng)建數(shù)字孿生，以支持發(fā)電廠的預(yù)測(cè)性維護(hù)。據(jù)該公司稱(chēng)，這種規(guī)模的數(shù)字孿生有望減少停機(jī)時(shí)間，并幫助公用事業(yè)提供商每年節(jié)省約1億美元。

Passive Logic是一家位于鹽湖城的初創(chuàng)公司，它提供了一個(gè)人工智能平臺(tái)來(lái)設(shè)計(jì)和自主操作建筑物的物聯(lián)網(wǎng)組件。它的AI引擎了解建筑組件如何協(xié)同工作，直至物理，并可以運(yùn)行建筑系統(tǒng)的模擬。

該平臺(tái)可以接收多個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)并做出控制決策，以自主優(yōu)化操作。它將此最佳控制路徑與實(shí)際傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，應(yīng)用機(jī)器學(xué)習(xí)并學(xué)習(xí)隨時(shí)間推移操作建筑物的改進(jìn)。

火車(chē)也走上了通往自動(dòng)駕駛的快車(chē)道，并且正在開(kāi)發(fā)數(shù)字孿生來(lái)幫助實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。它們被用于自動(dòng)制動(dòng)和碰撞檢測(cè)系統(tǒng)等功能的模擬，這些功能由在 NVIDIA GPU 上運(yùn)行的 AI 實(shí)現(xiàn)。

根據(jù)許多人的說(shuō)法，美國(guó)宇航局是第一個(gè)引入數(shù)字孿生概念的人。雖然顯然沒(méi)有以物聯(lián)網(wǎng)的方式連接，但NASA早期的孿生概念及其使用與今天的數(shù)字孿生有許多相似之處。

美國(guó)宇航局早在 1960 年代就開(kāi)始了數(shù)字孿生的想法。航天局在阿波羅13號(hào)登月任務(wù)中展示了其巨大潛力。美國(guó)宇航局已經(jīng)在阿波羅13號(hào)航天器上設(shè)置了系統(tǒng)模擬器，可以通過(guò)電信從外太空的真實(shí)飛船獲得更新。這使得NASA工程師能夠在出發(fā)前在宇航員和工程師之間進(jìn)行情況模擬，并且在1970年的任務(wù)中出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)派上用場(chǎng)。

地面工程師能夠與太空中的宇航員進(jìn)行故障排除，參考地球上的模型并將任務(wù)從災(zāi)難中拯救出來(lái)。

智慧城市如雨后春筍般涌現(xiàn)。使用攝像機(jī)、邊緣計(jì)算和人工智能，城市能夠了解從停車(chē)到交通流量再到犯罪模式的一切。城市規(guī)劃者可以研究數(shù)據(jù)，以幫助制定和改進(jìn)城市設(shè)計(jì)。

智慧城市的數(shù)字孿生可以更好地規(guī)劃建設(shè)，并不斷改進(jìn)市政當(dāng)局。智慧城市正在構(gòu)建自身的3D復(fù)制品來(lái)運(yùn)行模擬。這些數(shù)字孿生有助于優(yōu)化交通流量、停車(chē)、街道照明和許多其他方面，使城市生活更美好，這些改進(jìn)可以在現(xiàn)實(shí)世界中實(shí)施。

達(dá)索系統(tǒng)幫助世界各地建立了數(shù)字孿生模型。在香港，該公司展示了步行性研究的示例，使用城市的3D模擬進(jìn)行可視化。

NVIDIA Metropolis 是一個(gè)應(yīng)用程序框架、一套開(kāi)發(fā)人員工具和一個(gè)由專(zhuān)業(yè)合作伙伴組成的大型生態(tài)系統(tǒng)，通過(guò)支持 AI 的視覺(jué)，幫助開(kāi)發(fā)人員和服務(wù)提供商更好地檢測(cè)物理空間并構(gòu)建更智能的基礎(chǔ)設(shè)施和空間。該平臺(tái)涵蓋人工智能訓(xùn)練到推理，促進(jìn)邊緣到云的部署，并包括Fleet Command等企業(yè)管理工具，以更好地管理邊緣節(jié)點(diǎn)隊(duì)列。

數(shù)字孿生甚至被用于氣候建模。

英偉達(dá)首席執(zhí)行官黃仁勛（Jensen Huang）透露了建造世界上最強(qiáng)大的人工智能超級(jí)計(jì)算機(jī)的計(jì)劃，該超級(jí)計(jì)算機(jī)專(zhuān)門(mén)用于預(yù)測(cè)氣候變化。

該系統(tǒng)被命名為Earth-2或E-2，將在Omniverse中創(chuàng)建地球的數(shù)字孿生。

另外，歐盟已經(jīng)啟動(dòng)了Destination Earth，旨在建立地球的數(shù)字模擬。該計(jì)劃旨在幫助科學(xué)家準(zhǔn)確繪制氣候發(fā)展和極端天氣的地圖。

為了支持歐盟到2050年實(shí)現(xiàn)氣候中和的任務(wù)，數(shù)字孿生工作將以一公里的規(guī)模進(jìn)行，并基于來(lái)自氣候、大氣和氣象傳感器的不斷更新的觀測(cè)數(shù)據(jù)。它還計(jì)劃考慮人類(lèi)活動(dòng)對(duì)環(huán)境影響的測(cè)量。

根據(jù)發(fā)表在《自然計(jì)算科學(xué)》上的一篇論文，預(yù)計(jì)目的地地球數(shù)字孿生項(xiàng)目將需要具有 20，000 個(gè) GPU 的系統(tǒng)才能全面運(yùn)行。模擬見(jiàn)解使科學(xué)家能夠開(kāi)發(fā)和測(cè)試場(chǎng)景。這有助于為政策決定和可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃提供信息。

這項(xiàng)工作有助于評(píng)估干旱風(fēng)險(xiǎn)，監(jiān)測(cè)海平面上升和跟蹤極地地區(qū)的變化。它還可用于規(guī)劃食品和水問(wèn)題，以及風(fēng)電場(chǎng)和太陽(yáng)能發(fā)電廠等可再生能源。目標(biāo)是到2023年使主要的數(shù)字建模平臺(tái)投入運(yùn)營(yíng)，到2027年實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生。

網(wǎng)絡(luò)是數(shù)字孿生減少數(shù)據(jù)中心停機(jī)時(shí)間的一個(gè)領(lǐng)域。

隨著時(shí)間的推移，網(wǎng)絡(luò)變得越來(lái)越復(fù)雜。網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模、節(jié)點(diǎn)的數(shù)量和組件之間的互操作性增加了其復(fù)雜性，影響了預(yù)生產(chǎn)和暫存操作。

網(wǎng)絡(luò)數(shù)字孿生通過(guò)在仿真中預(yù)先測(cè)試路由、安全性、自動(dòng)化和監(jiān)控來(lái)加快初始部署。它們還增強(qiáng)了持續(xù)運(yùn)營(yíng)，包括在仿真中驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)更改請(qǐng)求，從而減少維護(hù)時(shí)間。

通過(guò)使用 API 和自動(dòng)化，網(wǎng)絡(luò)操作也已演變?yōu)楦呒?jí)的功能。流式遙測(cè)（想想設(shè)備和機(jī)器的物聯(lián)網(wǎng)連接傳感器）允許在網(wǎng)絡(luò)上不斷收集數(shù)據(jù)和分析，以便了解問(wèn)題和問(wèn)題。

NVIDIA Air 基礎(chǔ)設(shè)施模擬平臺(tái)使網(wǎng)絡(luò)工程師能夠托管數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字孿生。

電信設(shè)備和服務(wù)提供商愛(ài)立信正在將數(shù)十年的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)模擬專(zhuān)業(yè)知識(shí)與 NVIDIA Omniverse Enterprise 相結(jié)合。

這家全球性公司正在構(gòu)建城市規(guī)模的數(shù)字孿生模型，以幫助準(zhǔn)確模擬5G微蜂窩和塔與其環(huán)境之間的相互作用，以最大限度地提高性能和覆蓋范圍。

寶馬集團(tuán)在全球擁有31家工廠，正在與NVIDIA合作開(kāi)發(fā)數(shù)字孿生。這家德國(guó)汽車(chē)制造商依靠 NVIDIA Omniverse Enterprise 來(lái)運(yùn)行工廠模擬以優(yōu)化其運(yùn)營(yíng)。

其工廠為每輛車(chē)提供100多種選擇，以及40多種寶馬車(chē)型，提供2，100種新車(chē)的可能配置。寶馬工廠生產(chǎn)的車(chē)輛中約有99%是定制配置，這給保持裝配線上的材料庫(kù)存帶來(lái)了挑戰(zhàn)。

為了幫助維持其工廠的物料流，寶馬集團(tuán)還利用 NVIDIA Isaac 機(jī)器人平臺(tái)部署了一組用于物流的機(jī)器人，以改善其生產(chǎn)環(huán)境中的材料分配。這些人工輔助機(jī)器人在預(yù)生產(chǎn)中與數(shù)字人類(lèi)一起放入模擬場(chǎng)景中，使公司能夠在投入生產(chǎn)之前在數(shù)字孿生的工廠車(chē)間安全地測(cè)試機(jī)器人應(yīng)用程序。

虛擬仿真還使公司能夠優(yōu)化裝配線以及工人的人體工程學(xué)和安全性。來(lái)自不同地區(qū)的規(guī)劃專(zhuān)家可以通過(guò) NVIDIA Omniverse 進(jìn)行虛擬連接，它允許全球 3D 設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)在共享虛擬空間中的多個(gè)軟件套件中同時(shí)協(xié)同工作。

NVIDIA Omniverse Enterprise 正在為許多不同的工業(yè)應(yīng)用啟用數(shù)字孿生。

建筑設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)面臨著對(duì)高效協(xié)作、更快的渲染迭代以及對(duì)精確模擬和照片級(jí)真實(shí)感的期望的不斷增長(zhǎng)的需求。

當(dāng)團(tuán)隊(duì)分散在世界各地時(shí)，這些需求可能會(huì)變得更具挑戰(zhàn)性。

在 Omniverse 中創(chuàng)建數(shù)字孿生，供建筑師、工程師和施工團(tuán)隊(duì)共同評(píng)估設(shè)計(jì)，可以加快開(kāi)發(fā)速度，幫助合同按時(shí)運(yùn)行。

Omniverse 上的團(tuán)隊(duì)可以虛擬地聚集在一個(gè)單一的交互式平臺(tái)中——即使同時(shí)在不同的軟件應(yīng)用程序中工作——也可以像在同一個(gè)房間里一樣快速開(kāi)發(fā)建筑模型，并以完全的物理準(zhǔn)確性和保真度進(jìn)行模擬。

訂單履行物流是一個(gè)由移動(dòng)部件組成的龐大行業(yè)。履行中心現(xiàn)在由機(jī)器人協(xié)助，幫助工人避免受傷并提高效率。這是一個(gè)充滿由人工智能和邊緣計(jì)算驅(qū)動(dòng)的攝像頭的環(huán)境，以幫助快速挑選、拉動(dòng)和包裝產(chǎn)品。這就是一日送達(dá)我們家門(mén)口的方式。

數(shù)字孿生的使用意味著其中大部分可以在虛擬環(huán)境中創(chuàng)建，并且可以運(yùn)行模擬以消除瓶頸和其他問(wèn)題。

Kinetic Vision 正在通過(guò)數(shù)字化和人工智能，通過(guò)數(shù)字孿生重塑智能履行和配送中心。成功實(shí)施智能商店和履行中心網(wǎng)絡(luò)需要強(qiáng)大的信息、數(shù)據(jù)和運(yùn)營(yíng)技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新的邊緣計(jì)算和實(shí)時(shí)產(chǎn)品識(shí)別等人工智能解決方案。這推動(dòng)了更快、更敏捷的產(chǎn)品檢查和訂單履行。

西門(mén)子能源依靠 NVIDIA Omniverse 平臺(tái)創(chuàng)建數(shù)字孿生，以支持發(fā)電廠的預(yù)測(cè)性維護(hù)。

使用在 NVIDIA A100 Tensor Core GPU 上運(yùn)行的 NVIDIA Modulus 軟件框架，西門(mén)子能源可以模擬熱、水和其他條件隨時(shí)間推移對(duì)金屬的腐蝕作用，以微調(diào)維護(hù)需求。