什么是工业元宇宙? - Nik

22-11-21 banq

最早的元宇宙Metaverse 来自 Neal Stephenson 1992 年出版的《Snow Crash》一书:
在书中,斯蒂芬森将元宇宙定义为:

“他的电脑在他的护目镜上绘制了一个计算机生成的宇宙,并将其输入耳机。在行话中,这个想象的地方被称为元宇宙Metaverse。”
—雪崩Snow Crash,尼尔·斯蒂芬森 (Neal Stephenson),第 22 页


从软件的角度来看,Metaverse元宇宙一词并不是一个单一的概念,而是代表了多种现有的和创新的技术的演变,这些技术需要以一种无缝的方式相互连接,以便为终端用户提供无处不在的体验。

以下是我的观点定义:

元宇宙是由松散耦合的分布式(有时是分散式)子系统组成,通过无处不在的体验以及物理和数字资产的融合来帮助实现商业目标。它不是一种产品。

这里有几个重要的方面在起作用:

  • 松散的耦合。为了实现互操作性和可移植性,元宇宙应该能够实现即插即用,而不是作为一种垄断来运作。
  • 无处不在的体验。要实现与现有平台的兼容,因为不是每个人都会转而使用虚拟现实(VR)头盔的
  • 物理和数字的融合。两者之间的无缝卸载实现了最佳规模和效率。
  • 不是一个产品。元宇宙是一种复合体。它不是一个具体的产品或服务,而是一个生态系统,需要 "大科技"、初创公司、独立软件供应商(ISV)和行业领导者共同创建架构模式、治理和政策模型以及参考实施。


元宇宙系统模型
思考元宇宙的一种方式是运用系统思维,将元宇宙分解为多个子系统。这些子系统管理资产以及它们在元宇宙中的相互作用。

1、资产
资产assets是一种数据结构,可以代表任何东西(机器、机器人、传感器、人、物体、系统等等)。这些子系统在包括通信、状态管理、身份、隐私、商业和对象表示等方面实现数据管理。
以下子系统可被视为元宇宙解决方案的核心组件。请注意,这些只是元宇宙所有潜力的一个有限的子集;我希望随着这个空间的成熟,这些组件会越来越多。

2、分布式结构
这是一个底层分布式平台,它将承载元宇宙子系统并提供基础设施能力(平台服务、DevOps、DevSecOps、MLOps和IaC)。该结构还将为元宇宙提供终端安全、所有权证明、合规性和治理服务。微软的服务,如Azure Compute、Azure Messaging、Azure Kubernetes和Edge、Azure Monitoring都可以实现这个子系统。

3、集成连接器。
并非所有东西都能在元宇宙中使用,现有的系统将继续工作。我们仍将需要内部的传统系统、第三方系统和开源系统的数据。连接器将实现现有系统的数据推拉服务,同时实现可扩展的数据管道。逻辑应用程序、Azure数据工厂和微软工业物联网堆栈可能提供这些连接器。
多宇宙通道。将有不止一个元宇宙。我们已经看到Decentraland、Minecraft和Meta元宇宙等例子。工业元宇宙将有围绕知识产权(IP)合规性和安全性的额外要求,并将需要共享资产和元宇宙资产货币化的机制(如《雪崩》中的 "端口 "概念)。多重宇宙通道将提供在元宇宙之间安全地互操作和移植这些数据资产的能力。Azure保密计算为安全地分享这些数据提供了一个基础。

4、商务连接器。
元宇宙需要一种机制来实现资产的货币化,商务连接器将提供连接支付网关和数字线协议的钩子。资产可以被货币化或出租给其他元宇宙。这一层的另一个有希望的方向涉及到即将到来的技术,如Web3和NFT,我们将不得不看到它们如何在企业行业场景中变得有效。

5、资产表示。
实物资产需要被虚拟地表示出来,并在事件日志中捕获其状态以进行追踪。诸如Azure Digital Twins等技术可以在代表资产状态数据方面发挥作用,并使其可用于其他子系统。资产行为服务将使数字孪生体以双向方式与物理世界互动,以实现遥测、指挥和控制以及远程监控功能。这些服务也将实现资产-资产的互动。资产身份将发挥多种作用。

首先,它将为资产在元宇宙中提供一个安全的身份。其次,它将提供资产所有权的证明,这对于确保资产可以被货币化或移植到其他元宇宙但仍不失去其原始所有权是很重要的。最后,它将在单一世界或跨共享世界中实现资产的正确权限。Azure Arc、物联网和边缘服务以及ROS(机器人操作系统)等行业标准可以实现这些。

6、资产世界的表示。
为了实现物理环境的高保真,并在多种或新环境中测试资产,资产世界服务将提供元宇宙中的世界再现。机器学习可被用来生成这些世界,并在领域背景下创建新的世界。

7、渲染引擎
为了表示虚拟世界中的每一项资产,底层渲染引擎将提供创建、上传、渲染和更新资产与世界的能力。人工智能(AI)将在确定资产代表、映射到各种世界方面发挥关键作用。支持多种界面,包括二维网络、移动和虚拟现实,并支持从当前浏览器到VR/AR/MR/XR界面的设备,如HoloLens和Meta Quest产品,这一点将非常重要。微软Power Platform和微软Mesh可能在构建这些界面中发挥作用。利用USD、glTf和WebGL等开放标准来实现互操作性也将非常重要。

8、仿真和合成引擎
这将提供服务,以生成资产的数字代表,并创建在物理世界中不存在的全新的资产实例(例如,用于仿真)。机器学习将通过再强化学习、生成算法来创建资产和环境,发挥关键作用。微软的服务,如Project Bonsai、Microsoft Synthetics和Microsoft AirSim,可以在提供这些类型的能力方面发挥作用。此外,还可以利用开放的解决方案,如机器人社区内流行的Gazebo。

工业元宇宙应用
让我们来看一个假设性的例子,看看如何利用这些子系统来实现制造业的智能工厂场景。在制造业中,操作技术(OT)和信息技术(IT)都需要融合,以确保许多生产线的生产力和供应链的顺利运作。这些系统产生的数据量是巨大的,现场工人和操作人员需要对OEE(整体设备效率)等指标进行实时洞察和时间敏感计算,以衡量制造业的生产力。

分布式结构和弹性通道子系统提供服务,以便在设备、工厂和下游系统层面(通常基于云)实现规模化和全天候的工厂运营。集成连接器实现了来自PLC、ERP、SCADA、CRM和MES(见术语表)系统的数据,以及与ROS等框架和OPC-UA等协议的互操作性,以便将数据从工厂推到或拉到云端,反之亦然。多元宇宙通道和商务连接器使组织能够安全地共享数据和资产;例如,机器人制造商可以向客户出租 "机器人资产",其中包括其属性和数据,然后可以被另一个元宇宙实例用来对物理机器人进行操作或模拟。

资产世界表示法使工厂的复制品或数字孪生体能够创建一个数据模型,说明如何在单个或多个工厂内监控操作和性能。一个世界可以是一个小型的工厂车间,也可以是一个大型的多层电动车厂,以及其他例子。资产状态、身份和行为使工厂资产(例如,锅炉、叉车、机械臂、AGV、生产展示厅和单元)能够以双向方式进行交流。例如,一个自动化的系统触发器可能会命令元宇宙中的机器人改变其任务配置,运行一个模拟测试,并使行为服务进行通信并实现所产生的物理状态变化,然后监控这些行动。这些子系统还能实现约束和权限,以确保隐私和安全。例如,如果机器人在现实世界中不被允许进入工厂的某些场所,那么在虚拟世界的模拟过程中也不应该被允许这样做。

渲染引擎服务负责为工厂的不同角色提供用户体验。例如,考虑一个工厂经理,他在工厂的数字孪生体上运行实时数据模拟,以确定性能改进。然后,一个现场工人利用AR(增强现实)设备,与熟练工人协作,远程调整性能。仿真和合成引擎子系统为工程师和操作员提供了超大规模模拟数据的能力,并创建合成环境和资产来训练算法和工作负载。

现在,好消息来了。这些例子中的许多子系统今天已经存在,或者是即将到来的技术,而且许多已经在建设生产解决方案中使用。