近年來,數字孿生得到越來越廣泛的傳播。同時,得益于物聯網、大數據、云計算、人工智能等新一代信息技術的發展,數字孿生的實施已逐漸成為可能。
人工智能通過智能匹配最佳算法,可在無需數據專家的參與下,自動執行數據準備、分析、融合對孿生數據進行深度知識挖掘,從而生成各類型服務;數字孿生有了人工智能技術的加持,可大幅提升數據的價值以及各項服務的響應能力和服務準確性,賦能給各垂直行業。
01、AI+數字孿生產業現狀
數字孿生依托知識機理、數字化等技術構建數字模型,利用物聯網等技術將物理世界中的數據及信息轉換為通用數據,并且結合AR/VR/MR/GIS等技術將物理實體在數字世界完整復現出來。在此基礎之上,利用人工智能、大數據、云計算等技術做數字孿生的描述、診斷、預警/預測及智能決策等共性應用賦能給各垂直行業。
由此可見,人工智能是數字孿生生態的底層關鍵技術之一,其必要性主要體現在數字孿生生態系統中的海量數據處理、系統自我優化兩個方面,使數字孿生生態系統有序、智能運行,是數字孿生生態系統的中樞大腦。
根據中國電子技術標準化研究院對數字孿生生態的構成分析,數字孿生生態系統主要可以分為基礎支撐層、數據互動層、模型構建與仿真分析層、共性應用層以及行業應用層等。
人工智能技術主要應用在仿真分析層面,在仿真分析層,根據中國電子技術標準化研究院發布的《數字孿生應用白皮書》,如何在大體量的數據中,通過高效的挖掘方法實現價值提煉,是數字孿生重點解決問題之一。
數字孿生信息分析技術,通過AI智能計算模型、算法,結合先進的可視化技術,實現智能化的信息分析和輔助決策,實現對物理實體運行指標的監測與可視化,對模型算法的自動化運行,以及對物理實體未來發展的在線預演,從而優化物理實體運行。
02、AI+數字孿生的應用
近年來,數字孿生得到越來越廣泛的傳播。同時,得益于物聯網、大數據、云計算、人工智能等新一代信息技術的發展,數字孿生的實施已逐漸成為可能。人工智能通過智能匹配最佳算法,可在無需數據專家的參與下,自動執行數據準備、分析、融合對孿生數據進行深度知識挖掘,從而生成各類型服務;數字孿生有了人工智能技術的加持,可大幅提升數據的價值以及各項服務的響應能力和服務準確性,賦能給各垂直行業。
現階段,除了航空航天領域,AI和數字孿生的融合還被應用于電力、船舶、城市管理、農業、建筑、制造、石油天然氣、健康醫療、環境保護等行業,特別是在智能制造領域,數字孿生被認為是一種實現制造信息世界與物理世界交互融合的有效手段。
未來,技術的不斷發展迭代將支持數字孿生應用的普及。可以預測,行業將會朝著數字孿生開發平臺邁進:企業可以將來自不同系統的數據聚合到一個統一的交互式可視化界面,對商品的整個生命周期進行操作,支持業務流的可視化查看和交互,以獲得全新的洞察。
03、AI+數字孿生應用場景
數字孿生最早應用于工業制造領域,在生產中發揮了很好的聯通物理和信息兩個世界的橋梁和紐帶作用。隨著大數據、物聯網和人工智能等技術的不斷發展,數字孿生的形態和概念不斷擴展,并逐步提升為多維動態的管理模式和解決方案,同樣對零售、教育、傳媒等領域產生了深刻的影響。
場景一
AI數字孿生彌補零售行業線上與線下鴻溝,打造可觸摸的交互式生態環境。
場景二
AI數字孿生突破傳統限制,實現三維立體文化傳播與展示。
場景三
實現教育信息化2.0環境下的全周期、全數據、全空間和全要素的學習。
場景四
AI數字孿生反映實體建筑的全生命周期過程。
“21世紀以來,隨著人工智能、大數據、云計算、物聯網等新一代信息技術的快速發展及應用,“智能制造”概念進一步深化。根據我國工信部2016年出臺的《智能制造發展規劃(2016-2020年)》中定義,“智能制造是基于新一代信息技術與先進制造技術深度融合,貫穿于設計、生產、管理、服務等制造活動各個環節,具有自感知、自決策、自執行、自適應、自學習等特征,旨在提高制造業質量、效益和核心競爭力的先進生產方式。””
根據上海市人工智能技術協會和商湯智能產業研究院聯合發布的《數字化轉型白皮書:數智技術驅動智能制造》,如今各國對“智能制造”的理解都不再局限于生產過程或單體智能,而是擴展到產業價值鏈的各個環節、包含企業活動的方方面面,也不再單方面強調數智技術本身的應用價值,而是更加重視數智技術與先進制造等跨領域技術的深度融合和實踐創新。
由數據驅動代替經驗驅動已成為產業數字化轉型的共識。如果將數據視為智能時代的“新石油”,那么數智技術即是鉆取和提煉“石油”價值的“煉油工廠”,使用數智技術廣泛獲取數據,進行深度學習,將海量原始數據加工為知識,并轉化為決策或行動來指導企業運行。
數智技術是推動產業數字化轉型不可或缺的關鍵技術,其應用價值主要體現在三個方面:
決策更及時:實時獲取場景/業務數據的自動反饋,結合智能化分析進行動態預測,代替人工經驗判斷,提升決策的準確性和及時性,例如基于設備狀態實時分析的故障預測和健康管理,或基于在線用戶數據的需求預測,加速產品創新和迭代周期等。
運營更精細:隨著產業數字化進程加速,所獲取的數據顆粒度越來越細、數據維度也更加豐富,由數據驅動的企業運營、管理會更加精細,例如基于用戶畫像的精準營銷,或對能源使用的實時監測和控制等。
應用更智能:智能化設備/應用輔助或取代人工崗位,并在應用過程中進行算法的自我迭代和優化,不斷提高決策水平,例如基于機器視覺的產品缺陷監測等。
盡管數智技術對產業數字化轉型的意義匪淺,但在實際落地過程中仍然存在一定挑戰:
數字化程度低,信息閉環難閉合:數據資產的積累是產業數字化轉型的重要前提,如何持續獲取數據,并將分布在不同系統、組織內的數據打通融合是企業數字化轉型的首要命題。目前,多數企業(尤其是中小企業)受限于資金和人才匱乏,對數智技術投入不足,導致企業數字化水平低,缺乏完善的信息網絡基礎設施;此外,由于缺少統一標準、接口和編碼體系,使得企業內外“數據孤島”叢立,無法實現互通、共享,導致企業使用數據規模、種類有限,信息閉環難閉合,海量數據的資產價值無法得到充分發揮。
跨界融合難度大,復合型人才缺乏:數字化轉型實際上是利用數智技術對企業流程再造的過程,需要既具備良好的數智技術素養,又能夠了解產業技術和發展規律的復合型人才。據清華大學互聯網發展和治理研究中心2020年對全球ICT人才調研統計,當前我國數智技術人才主要集中于科技行業,缺乏產業經驗和實踐背景,而產業IT人員總體對數智技術的認知不深,難以支撐產業數字化轉型需要。根據人力資源與社會保障部數據分析,2025年智能制造領域人才需求為900萬人,人才缺口預計達到450萬人。
不同產業差異大,規模效應難一朝形成:由于不同產業或產業中不同領域、不同企業之間存在技術、流程等差異巨大,數智技術在產業中的深入滲透須結合具體場景進行定制化開發,尚不存在一套放之四海而皆準的解決方案,這使得數智技術在產業互聯網中的應用很難像在消費互聯網時代一樣,短期建立規模效應、獲取巨大收益,而是需要與產業合作共進,在垂直領域中不斷積累解決問題的通用能力。
網絡安全問題不容忽視:隨著數智技術的應用推廣,網絡安全問題將成為數字化轉型過程中面臨的重要挑戰。一方面,傳統網絡安全系統跟不上數智技術應用和創新步伐;另一方面,數字化轉型帶來信息節點和信息總量爆發式增長,使得網絡攻擊的潛在損失“指數級”放大,對網絡安全技術提出更高要求。
由工信部中國電子技術標準化研究院牽頭編寫的2020年《數字孿生應用白皮書》在中國國際高新技術成果交易會發布,作為新基建背景下的重要研究成果,該白皮書對當前我國數字孿生的技術熱點、應用領域、產業情況和標準化進行了分析,同時收錄了在智慧城市、智慧交通、智慧能源、智慧建筑、智能制造、智慧健康6大領域的31個應用案例。
此次白皮書重點考察了我國數字孿生應用的發展現狀與趨勢,并指出數字孿生將從以下六個應用層面推動我國經濟社會的發展:
一是促進數字經濟與實體經濟融合,加快產業升級
二是貫通工業生產信息孤島,釋放數據價值
三是統籌協調系統內外部變化,實現資源能源優化配置
四是實現全要素數字化,推動新型智慧城市建設
五是優化城市設計布局,打造科學公共服務體系
六是基于醫療大數據合理分配醫療資源,提升公共健康保障效率
為加快推動人工智能技術在電信行業的應用與融合發展,在AIIA產學研融合與應用工作組指導下,由電信項目組組織,中國信息通信研究院標準與技術研究所牽頭,中國移動通信有限公司研究院、中國電信股份有限公司研究院、中國聯合網絡通信有限公司研究院、華為技術有限公司、中興通訊股份有限公司、英特爾(中國)有限公司等單位共同編寫了《電信行業人工智能應用白皮書》2021版。
電信網絡作為信息通信的基礎設施,具有應用人工智能技術的巨大空間和潛力。國內外運營商、設備商和服務商等在電信網絡智能化方面紛紛布局,電信網絡智能化在標準研究、技術驗證與落地應用等方面均有重要推進。隨著5G網絡的大規模商用和網絡人工智能平臺的建設成熟,越來越多的網絡智能化應用與業務已經開展落地并發揮良好效果。
本白皮書系統分析了目前電信網絡智能化的總體發展態勢與應用現狀,集中展示AI技術在移動通信網、固定通信網和網絡業務服務三大類應用場景的19個典型落地案例,包括故障根因分析、異常小區發現、基站節能、業務內容智能推薦、網絡質量智能監控與業務智能識別調優等。
白皮書指出,構建智能化社會適應萬物互聯的新一代信息基礎設施,保障信息基礎設施的安全,對于促進信息技術與實體經濟融合、拓展數字經濟空間具有重要意義。
目前,全球已經掀起了人工智能應用的浪潮。將人工智能技術引入到新一代通信基礎設施,可以為網絡、計算、應用等信息基礎設施提供基于數據的感知、預測和管控能力,促進網絡、計算、應用等基礎設施的融合與協同。人工智能在越來越多的復雜場景下可以做出比人類更優的決策,無疑讓網絡智能化建設開拓了新的視野,給網絡的發展帶來了前所未有的新機遇,也為電信網絡重構轉型過程中遇到的眾多困難和挑戰提供了高效的加速解決路徑。
隨著電信行業人工智能應用加速在現網落地部署并釋放價值,網絡智能化基礎能力將持續增強,網絡知識與人工智能技術融合適配網絡智能化應用需求,新技術范式例如聯邦學習、遷移學習等技術將得到更多應用與關注。人工智能技術將貫穿電信網絡端到端全生命周期的運營與演進,實現網絡的泛在智能能力,幫助運營商實現數字化轉型,帶動整個電信產業的智能升級。