Etwin 数字孪生平台——设备真实状态的三维呈现

背景介绍

数字孪生的主要概念为：利用物理模型、物联网以及数据科学等技术，在虚拟空间中对实体装备进行映射，该技术作为物理世界与数字世界沟通的桥梁，能够帮助我们理解和利用复杂系统，广泛应用于航空航天、工业装备以及教育等领域。

在过去很长一段时间，我们团队一直致力于相关技术的研发，通过3D建模和渲染技术对设备的真实外观和结构进行精准复现；搭建了 Etwin 物联网平台，实现传感器数据的收集和管理，并且建立了真实设备和数字孪生体模型之间的接口，相关技术能够帮助工程师精准地模拟和预测设备的运行状态，提高生产效率和安全性。本文章对我们相关的工作进行展示，希望后续相关成果能够应用于工业元宇宙等场景。

图1 Etwin 数字孪生平台主要的架构

产品方案

数字化转型最核心的问题是：新技术能否为用户提供真实价值，让企业从政策导向的被动参与到价值导向积极拥抱。我们对企业面临的痛点问题进行调研，后续组织技术人员研发了针对工业场景的数字孪生平台——Etwin，该平台能够支持传感器数据与数字孪生体进行实时交互，具体的方案如下所示：

图2 Etwin平台的应用场景

设备接入

设备接入属于物联网平台的基本功能，能够支持wifi、4G、NB以及LoRaWAN等协议，具体接入的过程可以参考前期推文：基于移远（EC800M）模组的无线数据采集终端和基于ESP32的数据采集端及设备运维，另外，我们在过去也做了多款的智能硬件跟网关产品，能够支持该平台的无缝接入。其中，Etwin平台的具体页面如下图所示：

图3 Etwin平台的基本模块及功能

孪生体计算

在实际应用场景中，我们很难找到传感器直接测量航空发动机内的温度，降落伞编织材料的变形等，该情况下用户可以基于数字孪生平台Etwin，通过简单的传感器+算法实现各种目标量的获取，从综合的角度解决传感采集的问题。我们在下图中展示了传感器数据与数字孪生模型进行交互的实例，通过数据聚合页面将必要的数据传递给孪生模块，后续通过模型计算页面，设置计算过程所需的参数，具体如下所示：

图4 孪生体建立：数据聚合和模型计算相关的接口页面

三维可视化

数据展现也是极为关键的一个环节，我们希望将数据以三维的形式在web端呈现，通过模型渲染真实在线设备的状态。其中，现有产品的核心功能模块有：1.模型树；2.力学状态信息展示等，具体的页面如下所示：

图5 模型的三维展现

附件：

附1：近年来一直围绕数字孪生这个领域做一些工作。从本科时候的参加三维建模设计比赛，研究生时候的计算仿真分析，到清华工作时候的智能硬件，再到力学所工作期间的传感器，过去一两年通过物联网平台，将以往积累的技术能够串联起来，希望能够针对用户的实际需求提供一些解决方案~

附2：个人理解：数字孪生算是工业元宇宙的必要核心组件，在当前阶段数字孪生相关的技术完全够用了~

附3：当前阶段的模拟仿真算是数字孪生吗~，传统的数字孪生项目中，传感器采集数据跟仿真分析之间需要人工操作，如果通过程序简化这道工序到底有多大的意义~