什么是數字孿生？

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走進(jìn)一家汽車(chē)裝配廠(chǎng)?？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(guān)看原始的車(chē)身沿著(zhù)生產(chǎn)線(xiàn)滑行，機器人卷起零件。

現在，在線(xiàn)啟動(dòng)其 3D 數字孿生?？吹絼?dòng)畫(huà)數字人類(lèi)在完全相同但數字版本的植物中工作。拖放機器人來(lái)移動(dòng)重型材料，并運行模擬以進(jìn)行優(yōu)化，獲取實(shí)時(shí)工廠(chǎng)車(chē)間數據以進(jìn)行改進(jìn)。這是一個(gè)數字孿生。

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

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

數字孿生正在撼動(dòng)企業(yè)的運營(yíng)。根據Grand View Research的數據，到86年，全球數字孿生平臺市場(chǎng)預計將達到2028億美元。其報告引用 COVID-19 作為在特定行業(yè)采用數字孿生的催化劑。

物聯(lián)網(wǎng)正在加速數字孿生。

物聯(lián)網(wǎng)正在幫助互聯(lián)的機器和設備與其數字孿生共享數據，反之亦然。這是因為數字孿生始終處于開(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)程的最新計算機模擬版本。

數字孿生是虛擬表示，可以捕獲結構的物理特性以及內部和外部不斷變化的條件，由邊緣計算驅動(dòng)的無(wú)數連接傳感器測量。他們還可以在虛擬化中運行模擬，以測試問(wèn)題并通過(guò)服務(wù)更新尋求改進(jìn)。

機器人開(kāi)發(fā)和自動(dòng)駕駛汽車(chē)只是數字孿生中用于模仿物理設備和環(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)放世界中運行的機器人，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，我們將擁有復雜的自主機器人，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工具。我們需要他們將要運營(yíng)的世界的數字孿生，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移到現實(shí)世界中。

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

交互式3D虛擬宇宙在游戲中很明顯。Fortnite等在線(xiàn)社交游戲和用戶(hù)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(huà)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)數字孿生。它是一個(gè)合成數據生成引擎，可生成用于訓練深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的物理模擬數據。

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

使用這些數據開(kāi)發(fā)的自動(dòng)駕駛汽車(chē)和機器人可以在一系列虛擬環(huán)境中掌握技能，然后再將其應用于現實(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)可擴展的多 GPU 物理精確世界模擬平臺。

Omniverse為用戶(hù)提供了連接到多個(gè)軟件生態(tài)系統的能力，包括Epic Games Unreal Engine，Reallusion，OnShape，Blender和Adobe，可以幫助數百萬(wàn)用戶(hù)。

參考開(kāi)發(fā)平臺是模塊化的，可以輕松擴展。NVIDIA 的團隊已經(jīng)利用該平臺來(lái)構建核心模擬應用程式，例如前面提到的 NVIDIA Isaac Sim 手術(shù)和合成數據生成，以及 NVIDIA DRIVE Sim。

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

正如寶馬集團未來(lái)的工廠(chǎng)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，例如用于機器人的NVIDIA Isaac平臺，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(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò )帶到環(huán)境中，以及供用戶(hù)和公司繼續使用的第三方軟件。他們自己的工具。

在構建數字孿生并部署其功能時(shí)，需要收集 AI 資源。

NVIDIA 基本命令平臺使企業(yè)能夠部署大規模的 AI 基礎設施。它優(yōu)化了用戶(hù)和團隊的資源，并且可以監控從早期開(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 的內部研究團隊。它有助于管理可用的 GPU 資源，選擇可用的數據庫、工作區和容器映像。

它管理 AI 開(kāi)發(fā)的生命周期，包括工作負載管理和資源共享，提供圖形用戶(hù)界面和命令行界面，以及集成的監控和報告儀表板。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 的計算引擎。

NVIDIA 艦隊司令部提供遠程 AI 管理。

將 AI 從數字孿生體實(shí)施到現實(shí)世界需要一個(gè)部署平臺來(lái)處理對數千甚至數百萬(wàn)臺邊緣機器和設備的更新。

NVIDIA 艦隊司令部是一項基于云的服務(wù)，可從 NVIDIA NGC GPU 加速軟件中心訪(fǎng)問(wèn)，以跨邊緣連接的系統和設備安全地部署、管理和擴展 AI 應用程序。

艦隊司令部使履行中心、制造設施、零售商和許多其他機構能夠遠程實(shí)施人工智能更新。

數字孿生實(shí)現了事物的自主性。它們可用于自主控制物理對應物。

例如，一家電動(dòng)汽車(chē)制造商可能會(huì )使用轎車(chē)的數字孿生來(lái)運行軟件更新模擬。當模擬顯示汽車(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 )建數字孿生，以支持發(fā)電廠(chǎng)的預測性維護。據該公司稱(chēng)，這種規模的數字孿生有望減少停機時(shí)間，并幫助公用事業(yè)提供商每年節省約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)人工智能平臺來(lái)設計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，并可以運行建筑系統的模擬。

該平臺可以接收多個(gè)數據點(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)際傳感器數據進(jìn)行比較，應用機器學(xué)習并學(xué)習隨時(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)數字孿生來(lái)幫助實(shí)現這一目標。它們被用于自動(dòng)制動(dòng)和碰撞檢測系統等功能的模擬，這些功能由在 NVIDIA GPU 上運行的 AI 實(shí)現。

根據許多人的說(shuō)法，美國宇航局是第一個(gè)引入數字孿生概念的人。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字孿生有許多相似之處。

美國宇航局早在 1960 年代就開(kāi)始了數字孿生的想法。航天局在阿波羅13號登月任務(wù)中展示了其巨大潛力。美國宇航局已經(jīng)在阿波羅13號航天器上設置了系統模擬器，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)從災難中拯救出來(lái)。

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

智慧城市的數字孿生可以更好地規劃建設，并不斷改進(jìn)市政當局。智慧城市正在構建自身的3D復制品來(lái)運行模擬。這些數字孿生有助于優(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)可以在現實(shí)世界中實(shí)施。

達索系統幫助世界各地建立了數字孿生模型。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，通過(guò)支持 AI 的視覺(jué)，幫助開(kāi)發(fā)人員和服務(wù)提供商更好地檢測物理空間并構建更智能的基礎設施和空間。該平臺涵蓋人工智能訓練到推理，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點(diǎn)隊列。

數字孿生甚至被用于氣候建模。

英偉達首席執行官黃仁勛（Jensen Huang）透露了建造世界上最強大的人工智能超級計算機的計劃，該超級計算機專(zhuān)門(mén)用于預測氣候變化。

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

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

為了支持歐盟到2050年實(shí)現氣候中和的任務(wù)，數字孿生工作將以一公里的規模進(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(guān)測數據。它還計劃考慮人類(lèi)活動(dòng)對環(huán)境影響的測量。

根據發(fā)表在《自然計算科學(xué)》上的一篇論文，預計目的地地球數字孿生項目將需要具有 20，000 個(gè) GPU 的系統才能全面運行。模擬見(jiàn)解使科學(xué)家能夠開(kāi)發(fā)和測試場(chǎng)景。這有助于為政策決定和可持續發(fā)展規劃提供信息。

這項工作有助于評估干旱風(fēng)險，監測海平面上升和跟蹤極地地區的變化。它還可用于規劃食品和水問(wèn)題，以及風(fēng)電場(chǎng)和太陽(yáng)能發(fā)電廠(chǎng)等可再生能源。目標是到2023年使主要的數字建模平臺投入運營(yíng)，到2027年實(shí)現數字孿生。

網(wǎng)絡(luò )是數字孿生減少數據中心停機時(shí)間的一個(gè)領(lǐng)域。

隨著(zhù)時(shí)間的推移，網(wǎng)絡(luò )變得越來(lái)越復雜。網(wǎng)絡(luò )的規模、節點(diǎn)的數量和組件之間的互操作性增加了其復雜性，影響了預生產(chǎn)和暫存操作。

網(wǎng)絡(luò )數字孿生通過(guò)在仿真中預先測試路由、安全性、自動(dòng)化和監控來(lái)加快初始部署。它們還增強了持續運營(yíng)，包括在仿真中驗證網(wǎng)絡(luò )更改請求，從而減少維護時(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呒壍墓δ?。流式遙測（想想設備和機器的物聯(lián)網(wǎng)連接傳感器）允許在網(wǎng)絡(luò )上不斷收集數據和分析，以便了解問(wèn)題和問(wèn)題。

NVIDIA Air 基礎設施模擬平臺使網(wǎng)絡(luò )工程師能夠托管數據中心網(wǎng)絡(luò )的數字孿生。

電信設備和服務(wù)提供商愛(ài)立信正在將數十年的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )模擬專(zhuān)業(yè)知識與 NVIDIA Omniverse Enterprise 相結合。

這家全球性公司正在構建城市規模的數字孿生模型，以幫助準確模擬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。

寶馬集團在全球擁有31家工廠(chǎng)，正在與NVIDIA合作開(kāi)發(fā)數字孿生。這家德國汽車(chē)制造商依靠 NVIDIA Omniverse Enterprise 來(lái)運行工廠(chǎng)模擬以?xún)?yōu)化其運營(yíng)。

其工廠(chǎng)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(chǎng)生產(chǎn)的車(chē)輛中約有99%是定制配置，這給保持裝配線(xiàn)上的材料庫存帶來(lái)了挑戰。

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

虛擬仿真還使公司能夠優(yōu)化裝配線(xiàn)以及工人的人體工程學(xué)和安全性。來(lái)自不同地區的規劃專(zhuān)家可以通過(guò) NVIDIA Omniverse 進(jìn)行虛擬連接，它允許全球 3D 設計團隊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)應用啟用數字孿生。

建筑設計團隊面臨著(zhù)對高效協(xié)作、更快的渲染迭代以及對精確模擬和照片級真實(shí)感的期望的不斷增長(cháng)的需求。

當團隊分散在世界各地時(shí)，這些需求可能會(huì )變得更具挑戰性。

在 Omniverse 中創(chuàng )建數字孿生，供建筑師、工程師和施工團隊共同評估設計，可以加快開(kāi)發(fā)速度，幫助合同按時(shí)運行。

Omniverse 上的團隊可以虛擬地聚集在一個(gè)單一的交互式平臺中——即使同時(shí)在不同的軟件應用程序中工作——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)。履行中心現在由機器人協(xié)助，幫助工人避免受傷并提高效率。這是一個(gè)充滿(mǎn)由人工智能和邊緣計算驅動(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。這就是一日送達我們家門(mén)口的方式。

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

Kinetic Vision 正在通過(guò)數字化和人工智能，通過(guò)數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 )需要強大的信息、數據和運營(yíng)技術(shù)，以實(shí)現創(chuàng )新的邊緣計算和實(shí)時(shí)產(chǎn)品識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 平臺創(chuàng )建數字孿生，以支持發(fā)電廠(chǎng)的預測性維護。

使用在 NVIDIA A100 Tensor Core GPU 上運行的 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)間推移對金屬的腐蝕作用，以微調維護需求。

石油公司在尋求開(kāi)發(fā)新油藏或重新評估生產(chǎn)階段油田時(shí)面臨巨大風(fēng)險，而財務(wù)和環(huán)境負面影響最小。鉆探可能花費數億美元。在找到碳氫化合物后，這些能源公司需要快速找出最有利可圖的新建或持續生產(chǎn)策略

用于油藏模擬的數字孿生可以節省數百萬(wàn)美元并避免環(huán)境問(wèn)題。使用技術(shù)軟件應用程序，這些公司可以模擬水和碳氫化合物如何在井中在地動(dòng)。這使他們能夠評估超級計算機上的潛在問(wèn)題情況和虛擬制片策略。

在事先評估了風(fēng)險后，在數字孿生中，這些勘探公司在承諾新項目時(shí)可以將損失降至最低。生產(chǎn)中的真實(shí)版本也可以根據其數字分身的分析進(jìn)行優(yōu)化，以獲得更好的輸出。

數字孿生可以使機場(chǎng)改善客戶(hù)體驗。例如，攝像機可以監控運輸安全管理局（TSA），并應用人工智能來(lái)尋找在高峰時(shí)段分析瓶頸的方法。這些問(wèn)題可以在數字模型中解決，然后投入生產(chǎn)以減少錯過(guò)的航班?？梢栽u估行李處理視頻，以改進(jìn)數字環(huán)境中的方式，以確保行李準時(shí)到達。

飛機周轉也可以受益。許多供應商為抵達的飛機提供服務(wù)，以使它們掉頭并返回跑道上起飛。視頻可以幫助航空公司跟蹤這些供應商，以確保及時(shí)周轉。數字孿生還可以分析服務(wù)協(xié)調，以便在更改之前優(yōu)化工作流程。

然后，航空公司可以要求其供應商負責快速提供服務(wù)。餐飲服務(wù)商、清潔商、加油、垃圾和廢物清除以及其他服務(wù)提供商都與航空公司簽訂了所謂的服務(wù)水平協(xié)議，以幫助保持飛機準時(shí)運行。所有這些活動(dòng)都可以在數字世界中的模擬中運行，然后應用于生產(chǎn)中的調度以獲得實(shí)際結果，以幫助減少出發(fā)延誤。

NVIDIA Metropolis 有助于處理來(lái)自邊緣的大量視頻，以便機場(chǎng)和其他行業(yè)可以實(shí)時(shí)分析運營(yíng)并從分析中獲得見(jiàn)解。

數字孿生模擬已經(jīng)醞釀了半個(gè)世紀。但是，在這種更身臨其境的體驗的高保真時(shí)代，過(guò)去十年在GPU，AI和軟件平臺的進(jìn)步正在加速其采用。

虛擬現實(shí)和增強現實(shí)的日益普及將加速這項工作。

根據分析公司IDC的數據，VR頭顯的全球銷(xiāo)量預計將從7年的約2021萬(wàn)臺增加到28年的2025多萬(wàn)臺。

對于虛擬環(huán)境來(lái)說(shuō)，這是更多耳機連接、內容消耗的眼球。

其中的所有人都將能夠訪(fǎng)問(wèn) NVIDIA Omniverse 平臺進(jìn)行人工智能、人機交互以及無(wú)限模擬，推動(dòng)數字孿生的瘋狂進(jìn)步。

“多年來(lái)，人們一直在談?wù)撎摂M世界和數字孿生。我們正處于向現實(shí)過(guò)渡的開(kāi)端，就像人工智能變得可行并創(chuàng )造了各種可能性一樣，“NVIDIA的Lebaredian說(shuō)。

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