数字孪生的世界:从原子到星球
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摘要:人间的一切繁华只不过是原子的翩翩起舞。——诺贝尔化学奖获得者Martin Kaplus 近期,在北京举行的2019数字化转型之路研讨会暨数字化企业研习社成立大会现场,达索系统渠道技术总监

人间的一切繁华只不过是原子的翩翩起舞。——诺贝尔化学奖获得者Martin Kaplus

近期,在北京举行的2019数字化转型之路研讨会暨数字化企业研习社成立大会现场,达索系统渠道技术总监、达索系统中国大学校长冯升华发表了《数字孪生的世界:从原子到星球》主题演讲,并带来了精彩的话题探讨:“我们在探索,能不能用原子自动地把材料搭建出来,把治疗癌症的医药自动发明出来?甚至大家思考一下,现在人类看到的所有的生命形式,虽然是很多,我们能不能用人工智能的方式去反向地设计出物种的DNA出来?或者说将来能在火星上生存的人类,他们的DNA应该长成什么样子?人工智能应该能够设计出来。”

以下为嘉宾的现场分享实录整编——

图说:达索系统渠道技术总监、达索系统中国大学校长冯升华在现场分享。

大家好,今天我演讲的题目是《数字孪生:从原子到星球》。思考一下,我们能否把人类文明的所有知识全部以数字化的方式来表达?建造一个数字化的世界,我们是否能够实现,如何实现?

知识有哪些属性?知识的第一个属性是行业属性。就像飞机为什么能在天上飞,能否数字化,它里面有什么样的原理?船为什么能漂在海上行驶?一个人的生命的原理是什么,能否数字化?再比如,在座的各位女士在欣赏时装的时候,衣服好不好看,时尚的品位能否数字化?甚至一个城市可不可以数字化?甚至古代的科学技术我们可不可以把它数字化?这就是所谓知识的行业属性。

知识的数字化不是今天才提出来的,大约四十年前,达索系统就在思考,如何把产品的几何知识数字化。

接着,在上个世纪九十年代初,达索系统和波音飞机一起,探索把这些零件装在一起,成为飞机的时候,如何保证飞机能在天上飞,这个时候的知识就不只是几何知识,而是包含了各个学科的知识,比如空气动力学、结构力学、材料学、热学、电磁学、流体力学等等,它成为一个包含多学科的知识的数字样机。

到了上个世纪末的时候,我们又不仅仅满足于一个产品最终的状态,我们会去思考为什么我们要设计这个产品,是市场需求是怎样的,怎么设计出来,如何进行仿真验证,怎么从工厂里面制造出来,怎么去使用,一个产品的全生命周期的知识,以数字化的形式来表达。

到了本世纪2012年的时候,我们不仅仅考虑产品本身,我们还要考虑一个汽车在城市里面是怎么行驶的,在山区是怎么行驶的,我们可不可以把整体的环境、人的驾驶和乘坐体验都进行数字化。

总结来看,知识有四个方面的属性,包括了知识的行业属性、多学科属性、产品生命周期属性、系统规模属性。

我们能不能从宏观到微观,从星球的规模,到国家,到城市,到基础设施,也就是连接城市的铁路、公路,再到一个企业和企业的产品、零部件,最终都实现数字化的表达?我们能不能实现从星球到原子,多尺度的数字化连续?

第二个领域刚才讲到的多学科属性,我们的思考是能不能把物理学包括力学、热学、光学、声学、电磁学,还有化学、地理生物学等等这些学科的知识都放到一个数字化的平台里面。

达索系统在过去的几十年里面和我们的客户一起做了大量的尝试,今天我就给各位专家分享一下我们取得的成果。首先从以城市为代表的宏观世界开始。

五年以前达索系统和新加坡政府一起,把整个新加坡城市做了一个数字孪生,把新加坡搬到了电脑里面。这个数字孪生包括了新加坡的每一栋建筑、每一条道路、甚至每一颗树。离远的时候你可以看到建筑的轮廓,离近的时候你可以看到细节,这个数据本身就是海量的,实现的是基于模型的城市,在这个基础之上增加了一千多个数据层,来帮助政府去解决科学的规划、管理和决策问题。比如如何能让城市所有市民的出行时间加起来最短?

每一个房间都有一个特定的ID,面积和体积是多大,里面住了多少人,位置在哪里,这样我们就知道整个城市里面住了多少人,我们怎么样为整个城市的人提供最好的服务。

接着我们可以建立内部的结构,一栋大楼里面的结构是什么样子的,我们把内部结构也做了数字化。你可能会问为什么要把这个里面的细节都做到数字化?当发生火灾的时候,人员怎么逃生,怎么能保证这个人员的生命财产安全。有这样的数字化模型,我们把细节做出来,就可以仿真人员的逃生。

当我们做出来整个城市的模型,就可以做很多的仿真和优化,比如说北京,以前有雾霾,有人提出来要建立风道,能把这个雾霾吹走,可是到底怎么建风道?有了这样的数字化城市模型,我们就可以把风道模拟出来。

如果我们要实现一个城市的交通效率最高,让整个城市的居民出行时间最短,我们就得知道每一条道路上的车是怎么跑的,每一个红绿灯是怎么设置的,甚至包括学校、医院是几点下班等等这些数据。

接下来是基础设施相关知识的数字化,基础设施比如连接城市的道路,铁路和公路。中国铁设就在达索系统的三维体验平台上,建立整条高铁的数字化双胞胎,包含了各个专业的知识,桥梁、隧道、站场、铁轨、路基等等。

再接下来是数字化的企业,我们基于模型去实现从一开始的模块化配置、产品设计,到数字化分析,工厂设计,工艺设计、质量检测、制造运营、产品维护和维修,全部数字化。

再接下来,所有的产品是由零部件组成的,零部件是由原材料加工而成,而材料最终是由原子组成。我们当然可以从原子这个基础上去建造整个世界。

诺贝尔化学奖的获得者Martin Kaplus说,人间的一切繁华只不过是原子的翩翩起舞。我们用数字化的方法,可以实现从原子的基础上去设计出一个新材料出来,也就是材料化学的数字化。再接下来,人体由器官组成,器官由细胞组成,细胞又由DNA、RNA和蛋白质组成,我们把细胞的原理数字化,人体生病数字化,设计药物来治疗的过程数字化。再接下来,是在基础领域,加速器、对撞机、中子源进行数字化,达索系统就和很多的化学家、物理学家以及生物学家做了大量的合作。

我们再接下来思考,数字化是为了什么?把一切知识变成数字化了之后,迭代速度会比真实世界快很多倍。

以设计领域为例,我们现在是用电脑和鼠标去设计,称之为“所见即所得”;有了AR和VR的时候我们就不需要用鼠标,带上眼镜,用手比划比划,设计就完成了,我们称之为“所划即所得”。

MIT在做一件事情,在大脑上放了好多的传感器,设计师想想一个产品长成什么样子,电脑就能把这个产品的模型画出来。当然做到这些技术以后,还仍然受限于一个能力,就是设计师本身的设计能力,不管是用什么手段。接着应该思考的是,我们能不能直接得到最优的设计?

这是达索系统一直在做的一些探索。首先在零部件领域,上面是人类设计师设计出来的零件,下面这个零件是人工智能设计的零件,人工智能的设计结果完全满足要求,而且节省三分之一材料。现在达索系统已经实现了部件级的人工智能设计,正在下一级别,探索可不可以实现产品级的人工智能设计。

再接下来工厂也是一样,现在的工厂是我们用三维的方式去做工厂的布局、工艺的设计,还是靠人类工艺设计师的,我们在探索用人工智能的方式自动的把工厂设计出来,你需要生产任何东西,工厂里面这些机器人自动走位,连接成生产线,把你要的东西生产出来。

城市也是一样,现在的城市还是人类去规划的,达索系统现在探索的是我们能不能用人工智能的方式把城市设计出来,让人们在城市里生活更幸福。

我们在探索,能不能用原子自动地把材料搭建出来,把治疗癌症的医药自动发明出来?甚至大家思考一下,现在人类看到的所有的生命形式,虽然是很多,我们能不能用人工智能的方式去反向地设计出物种的DNA出来?或者说将来能在火星上生存的人类,他们的DNA应该长成什么样子?人工智能应该能够设计出来。

作者:admin 来源:未知 发布于2019-05-14 11:02
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