區塊鏈如何賦能“工業互聯網+數字孿生”？_人工智能

工業互聯網的蓬勃發展離不開各項技術支持。在上一篇“區塊鏈+工業互聯網“專題文章中，我們簡單分享了區塊鏈與數字孿生結合在工業互聯網中的應用。實際上，數字孿生的概念存在時間并不短，最早是由密歇根大學教授Dr.MichaelGrieves在2002年發表的一篇文章中提出的。

Grieves認為，通過物理設備的數據，可以在虛擬空間構建一個可以表征該物理設備的虛擬實體和子系統，并且這種聯系不是單向和靜態的，而是在整個產品的生命周期中都聯系在一起。顯然，這個概念并非只局限于產品設計階段，而是延展至生產制造和服務階段。只不過當時技術有限，數字孿生并沒有能完全發揮其作用。

因此，在工業互聯網概念出現之前，數字孿生只是停留在軟件環境中，比如幾何建模的CAD系統、產品生命周期管理的PLM等。但隨著工業互聯網的出現，網絡的連通效用使得各個數字孿生在設備資產管理，產品生命周期管理和制造流程管理中開始發生關聯、互相補充。而區塊鏈與數字孿生技術相結合，能夠互相發揮各自作用，擴大數字孿生體的應用范圍，也進一步推動工業互聯網的發展。

聯合國互聯網治理論壇成立區塊鏈保障和標準化動態聯盟:7月13日消息，聯合國互聯網治理論壇（IGF）和政府區塊鏈協會（GBA）合作創建區塊鏈保障和標準化動態聯盟，該聯盟將研究區塊鏈領域及其各種解決方案，同時收集意見并向聯合國提出建議，為使用或正在考慮使用區塊鏈的不同行業提供實踐和指南。該聯盟瞄準的相關行業包括人工智能、通信基礎設施、數字身份、經濟發展、環境管理和供應鏈。[2023/7/13 10:52:48]

數字孿生和仿真是一回事嗎？

在進一步探討區塊鏈賦能“工業互聯網+數字孿生”之前，首先需要了解，數字孿生技術并不等于仿真技術。因為目前在實際應用中，很多人會把兩者等同看待，這其實是一個誤區。

根據定義來看，仿真技術是應用仿真硬件和仿真軟件通過仿真實驗，借助某些數值計算和問題求解，反映系統行為或過程的模型技術。它是將包含了確定性規律和完整機理的模型轉化成軟件的方式來模擬物理世界的方法，目的是依靠正確的模型和完整的信息、環境數據，反映物理世界的特性和參數。這就意味著仿真技術僅僅能以離線的方式模擬物理世界，不具備分析優化功能。

金色相對論 | 長虹康紅娟：區塊鏈的內涵在于將區塊鏈的技術特征真正在產業發生效益:在今日舉行的金色相對論中，針對“國家、企業、個人及如何協同促進區塊鏈產業的健康落地”的問題，長虹信息安全實驗室研究員康紅娟表示，認為產業區塊鏈的內涵在于將區塊鏈的技術特征真正在產業發生顯著效益，需要做到“落得下去，提得上來”。“落得下去”主要是指業務需求的準確定位，急業務所急，解決實際問題。“提得上來”主要是強調可以提升為行業解決方案，符合區塊鏈基礎設施的建設目標。新基建將區塊鏈技術與5G、人工智能、物聯網等技術歸為新型基礎設施技術，很大程度上肯定了技術的重要性，也指出了技術逐步普及的這樣一個循序漸進的實施路線，后續會成為影響產業民生的普適性技術。那么在這樣一個利好的政策下，國家、企業、個人三者肯定是相輔相成的這樣一個關系，但是技術在實施之初，還是有一個從上至下的過程，國家還是要承當起方向引領者的重要作用，最明顯的就是政策指引，這一點大家都已經深有感觸。[2020/6/3]

而數字孿生則是充分利用物理模型、傳感器更新、運行歷史等數據，集成多學科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過程，在虛擬空間中完成映射，從而反映相對應的實體裝備的全生命周期過程。它需要依靠包括仿真、實測、數據分析在內的手段對物理實體狀態進行感知、診斷和預測。在此過程中生成與現實世界中的物理實體完全對應和一致的數字孿生體，它可實時模擬其在現實環境中的行為和性能，也稱為數字孿生模型。

動態 | 荷蘭標準化協會將利用區塊鏈技術驗證標準化證書:據CryptoDaily消息， 荷蘭標準化協會（NEN）透露，它正在與LTO Network合作推出一種新的解決方案，將標準化證書存儲在LTO的區塊鏈上，以便為所有利益相關方即時驗證證書。[2019/8/7]

因此，仿真技術只是創建和運行數字孿生體中的其中一項核心技術，是數字孿生實現數據交互與融合的基礎。在此基礎之上，數字孿生必須依托并集成其他新技術，與傳感器共同在線以保證其保真性、實時性與閉環性。

工業互聯網中數字孿生的應用

《數字孿生體技術白皮書》中提出，一個典型的數字孿生系統包括用戶域、數字孿生體、測量與控制實體、現實物理域和跨域功能實體共五個層次。

其中，測量與控制實體、數字孿生體以及用戶域之間的數據流和信息流動傳遞，需要信息交換、數據保證、安全保障等跨域功能實體的支持。信息交換通過適當的協議實現數字孿生體之間交換信息。安全保障負責數字孿生系統安保相關的認證、授權、保密和完整性。數據保證與安全保障一起負責數字孿生系統數據的準確性和完整性。

動態 | 廣東省佛山市禪城區開展“區塊鏈+視力”項目工作 13萬中小學生可免費視力篩查:據佛山日報今日消息，佛山市禪城區教育局組織開展全區中小學生眼健康數字化管理暨“區塊鏈+視力”項目工作，2019年計劃為區內逾百所中小學近13萬學生進行視力篩查并建立眼健康檔案，實現兒童眼健康從篩查到治療的全過程數字化管理。[2019/4/16]

因而在工業互聯網中，數字孿生技術應用位于其平臺架構的平臺層，可在智能研發、智能生產、智能管理、智能服務以及產業鏈協同場景，實現趨勢感知并協助企業決策。不同類型的企業，在應用數字孿生時也會有所差異。

大型企業往往架構龐大，有多種IT和OT子系統。它們可通過獨立部署工業互聯網平臺，為企業整合和計算各級指標對應的數字孿生，并以微服務的形式和各業務系統集成和交換數據，從而大幅提升企業數字化轉型的速度、降低成本和風險。而小型企業則往往運營效率不高、資金不足，可借助公有云的工業互聯網平臺，以較小成本快速實現企業能力的提升。

動態 | 菲律賓聯合銀行利用區塊鏈技術削減運營成本:據livebitcoinnews消息，菲律賓聯合銀行將進一步采用基于區塊鏈的技術，用于全面削減運營成本。此前，該銀行的負責人曾表示，該銀行的700個內部流程很多已經成熟，可以進行區塊鏈轉換。這些流程包括支票清算、開戶、甚至資金轉移等。[2018/8/13]

目前數字孿生的應用場景可分為設備級數字孿生、企業級數字孿生和產業鏈級數字孿生。設備級數字孿生可通過設備狀態監測、遠程故障診斷、預測性維護等手段，讓設備得到全狀態健康管理。

企業級數字孿生可以讓企業全流程業務得到優化。數字孿生構建了一種新的“零成本試錯”的研發方法，通過在虛擬空間進行研發、測試、驗證，實現研發成本大幅降低；在新產品實際生產前，在虛擬空間中模擬生產，找出最優的生產計劃排程和生產方案，縮短新產品導入周期；通過對企業管理各要素和各環節的數字孿生，發現和優化低效的管理流程，提高企業管理效率。

產業鏈級數字孿生則使得產業鏈全環節實現數字化管理。實時動態感知供應鏈運行情況，識別和優化低效運行的流程，實現產業價值鏈的增值。在營銷、研發、生產階段，可實現基于用戶畫像的個性化精準營銷、基于虛擬產品體驗的定制設計、基于預先虛擬生產的快速排產，從而發現目標客戶、提高用戶參與度，縮短生產時間、降低定制成本。通過遠程操控數字孿生體，能從實物獲取數據并提供衍生服務。

區塊鏈賦能“工業互聯網+數字孿生”

數字孿生的發展可以概括為五個階段，分別為數化階段、互動階段、先知階段、先覺階段和共智階段，并且都依賴大量的數據計算。

特別是共智階段中，數字孿生體的理想目標就是數字孿生體之間能夠進行互通、共享，甚至共同進化。顯然目前單純的數字孿生技術還遠遠達不到共智的要求，還需要其他技術支持，比如區塊鏈技術。

區塊鏈與數字孿生技術相結合，能夠互相發揮各自作用，擴大數字孿生體的應用范圍。其結合優勢主要體現在保證數據不被篡改、建立數字孿生體與物理實體一對一映射關系、實現數字孿生體之間的交互這三方面。

數字孿生的關鍵在于在虛擬世界中構建實體對象，形成其數字等價物。在用數字“復制”實體的過程中，無論是組件、資產，還是過程、系統等，最重要的因素便是數據。區塊鏈使用哈希指針形成鏈接，每個區塊都包含上一個區塊和下一個區塊的哈希值。一旦篡改，哈希值通過計算就會發生變化，與上下區塊的值對應不上。這樣單個或少數節點參與方就無法通過惡意修改和干擾基礎設施的方式損害計算的可信性。因此將數字孿生體的所有數據使用區塊鏈進行保存，能夠保證孿生體數據的真實性，確保結果有效可靠。

在數字世界中，可復制性的特征使得建立一對一的關系往往比建立一對多的關系困難很多。尤其是對于具有價值的實體，不能簡單地將其數字化后就加以使用。此時，區塊鏈可以采用通證進行價值治理，實現資產上鏈，形成一對一的對應關系，防止有價值的數字體被無限復制。同時，利用區塊鏈的去中心化、信息公開透明等特性，資產上鏈可以降低信任成本，簡化交易流程，提升資產的流動性。

考慮到數字孿生的最終是想建立一個和現實世界對應的數字世界，不僅限于記錄過去的信息，更能模擬未來的環境變化及物理實體本身的變化，形成虛擬世界的“生態”。在這種情況下，數字體之間就需要進行多重交互，必然涉及大量信息的傳遞和存儲。

而區塊鏈可利用其分布式系統，分散數字孿生體進行交互的巨大工作量。在每個節點保存整個系統運行的信息副本，可以對自己保有的副本進行編輯修改，加入自己部分的孿生體相關參數，通過系統的共識機制，進而更新整個系統對于該孿生體的參數。區塊鏈分布式系統通過眾多節點的配合，能夠作為數字孿生體之間信息通訊的媒介，創建完備的虛擬世界。

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可以說，隨著工業互聯網的應用推進，數字孿生被賦予了新的生命力，工業互聯網延伸了數字孿生的價值鏈條和生命周期，凸顯出數字孿生基于模型、數據、服務方面的的優勢和能力，打通了數字孿生應用和迭代優化的現實路徑，正成為數字孿生的孵化床。而區塊鏈技術為“工業互聯網+數字孿生”賦能，能夠為解決許多中心化系統難以解決的難題提供有效的思路。

就目前狀況而言，區塊鏈與數字孿生的融合依然面臨監管政策、技術成熟等方面的阻礙與挑戰。不過可以確信的是，隨著技術的不斷發展，數字孿生在區塊鏈的構建系統下，將會獲得深入應用，并在未來某一天實現“共智”的終極目標。

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