智能設(shè)備數(shù)字孿生應(yīng)用 課件 4、數(shù)字孿生的相關(guān)領(lǐng)域-大數(shù)據(jù)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)

智能設(shè)備的數(shù)字孿生授課教師：卞化梅數(shù)字孿生與產(chǎn)品全生命周期管理數(shù)字孿生與云計(jì)算數(shù)字孿生與大數(shù)據(jù)2.12.22.3第二章

數(shù)字孿生的相關(guān)領(lǐng)域2.4數(shù)字孿生與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)字孿生與車間生產(chǎn)數(shù)字孿生與智能制造數(shù)字孿生與工業(yè)邊界2.52.62.7知識(shí)目標(biāo)：本章學(xué)習(xí)目標(biāo)

掌握產(chǎn)品全生命周期管理概念；

理解數(shù)字孿生與產(chǎn)品全生命周期管理；

理解大數(shù)據(jù)與數(shù)字孿生的關(guān)系；

掌握工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的概念；

掌握工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的關(guān)鍵名詞；理解車間生產(chǎn)智能化管理和車間生產(chǎn)與數(shù)字孿生；了解智能制造標(biāo)準(zhǔn)先行；

了解我國(guó)智能制造標(biāo)準(zhǔn)化工作推進(jìn)情況；

了解數(shù)字孿生與工業(yè)邊界。本章學(xué)習(xí)目標(biāo)能力目標(biāo)：

能正確的闡述產(chǎn)品全生命周期管理概念；

能清晰描述數(shù)字孿生與全生命周期之間的關(guān)系；

能正確的闡述產(chǎn)品全生命周期管理概念；

能清晰描述數(shù)字孿生與全生命周期之間的關(guān)系；

能舉例說(shuō)明生活中大數(shù)據(jù)應(yīng)用的3-4個(gè)案例;

能辨別工業(yè)互聯(lián)的關(guān)鍵名詞;

能描述哪些屬于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)；

能正確描述車間生產(chǎn)智能化哪些場(chǎng)景可以使用數(shù)字孿生技術(shù)；

能說(shuō)出1-2個(gè)智能制造標(biāo)準(zhǔn)；

能正確描述自動(dòng)駕駛系統(tǒng)與數(shù)字孿生關(guān)系；

能描述智能城市數(shù)字孿生的特征。本章學(xué)習(xí)目標(biāo)素養(yǎng)目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)的方法與途徑。培養(yǎng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的聯(lián)想能力與舉一反三的能力。

數(shù)字孿生賦能全生命周期管理。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)作為國(guó)家的重要基礎(chǔ)設(shè)施，我國(guó)出臺(tái)了很多關(guān)于促進(jìn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的舉措，對(duì)我國(guó)重要的幾個(gè)城市進(jìn)行工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的布局。我國(guó)智能制造的標(biāo)準(zhǔn)化工作發(fā)展及其推進(jìn)情況，強(qiáng)調(diào)了智能制造是我國(guó)制造強(qiáng)國(guó)建設(shè)的主攻方向。通過(guò)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)、城市數(shù)字孿生、智慧園區(qū)管理等與數(shù)字孿生的關(guān)系，進(jìn)一步說(shuō)明數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展的趨勢(shì)。通過(guò)智慧園區(qū)管理等與數(shù)字孿生的關(guān)系，進(jìn)一步說(shuō)明數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展的趨勢(shì)。知識(shí)回顧請(qǐng)同學(xué)們思考：（1）產(chǎn)品全生命周期管理概念是什么？（2）產(chǎn)品全生命周期管理適用的行業(yè)有哪些？（3）數(shù)字孿生主要賦能產(chǎn)品全生命周期管理哪些過(guò)程？（4）數(shù)字孿生與云計(jì)算的關(guān)系是什么？數(shù)字孿生與大數(shù)據(jù)2.32.3數(shù)字孿生與大數(shù)據(jù)從文明之初的“結(jié)繩記事”，文字文明的“文以載道”，到近現(xiàn)代的科學(xué)“數(shù)據(jù)建模”，數(shù)據(jù)一直伴隨著人類社會(huì)的進(jìn)步而發(fā)展，直到以電子計(jì)算機(jī)為代表的現(xiàn)代信息技術(shù)的出現(xiàn)，對(duì)數(shù)據(jù)處理提供了自動(dòng)的手段和方法，人類在掌握數(shù)據(jù)、處理和數(shù)據(jù)能力有了質(zhì)的飛躍。文明之初“結(jié)繩記事”文明文明“文以載道”數(shù)據(jù)建模電子計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)大數(shù)據(jù)技術(shù)、概念、思潮是以計(jì)算機(jī)領(lǐng)域作為發(fā)起端，逐漸衍生到科學(xué)和商業(yè)領(lǐng)域。

隨著數(shù)據(jù)量的快速增長(zhǎng)，數(shù)據(jù)面類著類型越來(lái)越多、數(shù)據(jù)難以理解、難以獲取、難以處理以及難以組織等難題，運(yùn)用大數(shù)據(jù)來(lái)描述這些難題，這在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域引發(fā)了思考。2.3數(shù)字孿生與大數(shù)據(jù)大數(shù)據(jù)（BigData）是指巨量的資料，在一定的時(shí)間范圍不能以常規(guī)軟件處理（存儲(chǔ)和計(jì)算）的大而復(fù)雜數(shù)據(jù)集，換句話理解就是使用單臺(tái)計(jì)算機(jī)無(wú)法在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)處理或者壓根無(wú)法處理的數(shù)據(jù)集。2.3數(shù)字孿生與大數(shù)據(jù)2.3.1大數(shù)據(jù)的特征大數(shù)據(jù)（BigData）大數(shù)據(jù)的特征通常從容量、種類、價(jià)值、速度四個(gè)維度進(jìn)行描述。2.3數(shù)字孿生與大數(shù)據(jù)在IDC發(fā)布的《數(shù)據(jù)時(shí)代2025》的報(bào)告顯示，全球每年產(chǎn)生的數(shù)據(jù)總量在2025年將達(dá)到175ZB，平均每天大約產(chǎn)生491EB的數(shù)據(jù)。其中，中國(guó)的數(shù)據(jù)圈最大，達(dá)到了48.6ZB，占據(jù)27.8%，假設(shè)以1TB的硬盤來(lái)存儲(chǔ)這些數(shù)據(jù)，每年需要5百多億塊硬盤。特征一：大量化大數(shù)據(jù)的特征通常從容量、種類、價(jià)值、速度四個(gè)維度進(jìn)行描述。2.3數(shù)字孿生與大數(shù)據(jù)大數(shù)據(jù)的類型多種多樣，包括網(wǎng)絡(luò)日志、視頻、音頻、圖片、網(wǎng)頁(yè)、地理位置等，主要結(jié)構(gòu)分為半結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)主要來(lái)自于傳統(tǒng)企業(yè)數(shù)據(jù)、社交數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)。特征二：多樣化大數(shù)據(jù)的主要結(jié)構(gòu)分為半結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)2.3數(shù)字孿生與大數(shù)據(jù)還有一種數(shù)據(jù)格式，就是介于結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)之間叫半結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，它具有一定的結(jié)構(gòu)性，如員工簡(jiǎn)歷、有的簡(jiǎn)歷只有教育情況，沒(méi)有戶籍沒(méi)有工作經(jīng)歷，有的簡(jiǎn)歷有工作經(jīng)歷、年齡，無(wú)出生日期等，各個(gè)簡(jiǎn)歷不是完全相同的，但也有雷同部分，這就是半結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)；如HTML和XML文檔，用成對(duì)的標(biāo)簽記錄對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，每個(gè)網(wǎng)頁(yè)的標(biāo)簽有相同部分也有不同的部分，沒(méi)有固定的規(guī)律，這種也叫半結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)。結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的主要特征是以行為單位，每一行就是一條記錄。非結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)主要指數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不規(guī)則或不完整，沒(méi)有預(yù)定的數(shù)據(jù)，包括所有的格式數(shù)據(jù)。2.3數(shù)字孿生與大數(shù)據(jù)大數(shù)據(jù)的特征通常從容量、種類、價(jià)值、速度四個(gè)維度進(jìn)行描述。在大數(shù)據(jù)時(shí)代，單條的數(shù)據(jù)價(jià)值不突出，單條記錄基本無(wú)意義，因?yàn)闊o(wú)用的數(shù)據(jù)多，但是整個(gè)數(shù)據(jù)集綜合價(jià)值較大、隱含的價(jià)值也比較大，所以需要對(duì)大數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、分析和挖掘，從數(shù)據(jù)金礦中掘金。特征三：價(jià)值密度低每一天各行各業(yè)的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)指數(shù)爆炸增長(zhǎng)，在很多的具體場(chǎng)景中，大數(shù)據(jù)要求實(shí)時(shí)的處理數(shù)據(jù)，如搜索引警要在幾秒中呈現(xiàn)用戶需要的檢索結(jié)果，企業(yè)或者系統(tǒng)在面臨海量的增長(zhǎng)數(shù)據(jù)時(shí)，需要高速的處理，一般要在秒級(jí)時(shí)間范圍內(nèi)給出分析結(jié)果，超出這個(gè)時(shí)間就失去了價(jià)值，即為大數(shù)據(jù)的處理要符合“1秒定律”。特征四：高速度2.3.2大數(shù)據(jù)處理過(guò)程2.3數(shù)字孿生與大數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)采集是數(shù)據(jù)從無(wú)到有的過(guò)程（如通過(guò)采集日志或者通過(guò)使用一些工具把數(shù)據(jù)采集到指定位置）；數(shù)據(jù)預(yù)處理是指通過(guò)程序?qū)Σ杉臄?shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理如數(shù)據(jù)的清晰、格式整理、過(guò)濾臟數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)梳理成點(diǎn)擊流模型數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)入庫(kù)是將預(yù)處理的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到庫(kù)，這里庫(kù)可以值存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)；數(shù)據(jù)分析是根據(jù)用戶需求將數(shù)據(jù)通過(guò)程序語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，得出用戶需要各種統(tǒng)計(jì)結(jié)果；數(shù)據(jù)展現(xiàn)是可以將分析的數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化，一般情況下，采用圖標(biāo)的方式進(jìn)行展示。數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)預(yù)處理數(shù)據(jù)入庫(kù)數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)展現(xiàn)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)處理過(guò)程，主要包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)入庫(kù)、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)展現(xiàn)2.3數(shù)字孿生與大數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)處理過(guò)程2.3.3大數(shù)據(jù)與數(shù)字孿生的關(guān)系2.3數(shù)字孿生與大數(shù)據(jù)

數(shù)字孿生是通過(guò)數(shù)據(jù)模擬和分析，將現(xiàn)實(shí)中實(shí)體、對(duì)象、動(dòng)作、特征等信息進(jìn)行數(shù)字化，進(jìn)行更高效、更精準(zhǔn)的預(yù)測(cè)和優(yōu)化。數(shù)字孿生與大數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，數(shù)字孿生需要數(shù)據(jù)的支持，數(shù)據(jù)是數(shù)字孿生的建模和仿真的基礎(chǔ)，有了這些數(shù)據(jù)，數(shù)字孿生才能實(shí)現(xiàn)實(shí)體與孿生體之間的映射關(guān)系。大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)是海量的數(shù)據(jù)，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與挖掘?yàn)閿?shù)字孿生提供所需的大量的數(shù)據(jù)。數(shù)字孿生與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)2.42.4.1工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的概念2.4數(shù)字孿生與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是指將傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)的各種環(huán)節(jié)中的各種設(shè)備、傳感器、儀器等物理設(shè)備采用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接，對(duì)其實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、分析、共享，從而提高生產(chǎn)效率、改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本以及開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品等為目的的技術(shù)體系工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)離不開(kāi)物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等先進(jìn)的技術(shù)，其中比較重要的環(huán)節(jié)就是數(shù)據(jù)采集與分析。2.4.2工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)2.4數(shù)字孿生與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)深度集成了IT、OT運(yùn)營(yíng)技術(shù)（OperationalTechnology，OT）、CT電子計(jì)算機(jī)斷層掃描(ComputedTomography，CT)、

DT數(shù)據(jù)技術(shù)（DataTechnology，DT）等技術(shù)，它具有基礎(chǔ)性、聚合性、融合性。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)IT、OT運(yùn)營(yíng)技術(shù)CT電子計(jì)算機(jī)斷層掃描DT數(shù)據(jù)技術(shù)……基礎(chǔ)性聚合性融合性2.4.3工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展歷程2.4數(shù)字孿生與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)六大新模式平臺(tái)化設(shè)計(jì)智能化制造網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同個(gè)性化制定服務(wù)化延伸數(shù)字化管理工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)覆蓋國(guó)民經(jīng)濟(jì)45個(gè)大類，形成了平臺(tái)化設(shè)計(jì)、智能化制造、網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同、個(gè)性化定制、服務(wù)化延伸、數(shù)字化管理等六大新模式，逐漸成為工業(yè)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展的重要力量。2.4數(shù)字孿生與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)2013-2015期間，強(qiáng)調(diào)物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)中的應(yīng)用，加快工業(yè)生產(chǎn)向網(wǎng)絡(luò)化、智能化、柔性化和服務(wù)化轉(zhuǎn)變。2015-2018年期間，國(guó)家政策密集出臺(tái)“充分發(fā)揮互聯(lián)網(wǎng)在促進(jìn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)以及信息化和工業(yè)化深度融合中的平臺(tái)作用”和“增強(qiáng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)供給能力。2018年后，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)被定位為重要的新型基礎(chǔ)設(shè)施，地位進(jìn)一步上升。2020年我國(guó)已有25個(gè)省出臺(tái)了關(guān)于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)解析技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展扶持政策，對(duì)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)進(jìn)行布局。2017-2021年，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)增值規(guī)模不斷的上漲；2021年工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)增值首次突破4萬(wàn)億元工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)增值2.4數(shù)字孿生與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)2.4.4工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展意義2.4數(shù)字孿生與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)（1）工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是構(gòu)建新發(fā)展格局的有力支撐“十四五”規(guī)劃目標(biāo)綱要中指出，要“加快構(gòu)建以國(guó)內(nèi)大循環(huán)為主體、國(guó)內(nèi)國(guó)際雙循環(huán)相互促進(jìn)的新發(fā)展格局”工業(yè)互聯(lián)國(guó)內(nèi)外大循環(huán)2.4數(shù)字孿生與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)

（2）工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是促進(jìn)我國(guó)GDP增長(zhǎng)的重要因素。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)逐步成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的重要支撐。當(dāng)前，我國(guó)正處于實(shí)現(xiàn)第二個(gè)百年奮斗目標(biāo)和實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的關(guān)鍵時(shí)期，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的蓬勃發(fā)展為我國(guó)轉(zhuǎn)變發(fā)展方式、優(yōu)化經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)換增長(zhǎng)動(dòng)力提供了新動(dòng)能。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)促進(jìn)GDP增長(zhǎng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)增值GDP2.4數(shù)字孿生與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)

（3）工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)促進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)能夠與制造、能源、交通、建筑、農(nóng)業(yè)等實(shí)體經(jīng)濟(jì)進(jìn)行深度融合，推動(dòng)實(shí)體經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)滲透產(chǎn)業(yè)就業(yè)2.4數(shù)字孿生與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)（4）工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是世界工業(yè)強(qiáng)國(guó)競(jìng)爭(zhēng)的主要戰(zhàn)場(chǎng)發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)逐漸成為全球制造企業(yè)進(jìn)行轉(zhuǎn)型升級(jí)和世界各國(guó)提升自身國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的重要戰(zhàn)略高地。其中美、中、日、德等制造業(yè)大國(guó)正領(lǐng)跑工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的主賽道。2020年全球各區(qū)域工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)增加值規(guī)模情況2.4數(shù)字孿生與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)

（5）工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)促進(jìn)行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景廣泛，目前已延伸至40個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)大類，涉及原材料、裝備、消費(fèi)品、電子等制造業(yè)各大領(lǐng)域，以及采礦、電力、建筑等實(shí)體經(jīng)濟(jì)重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)，形成了千姿百態(tài)的融合應(yīng)用實(shí)踐。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)促進(jìn)行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)

請(qǐng)同學(xué)們思考：了解了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的關(guān)鍵名詞和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，數(shù)字孿生與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系是怎樣的呢？2.4.5工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與數(shù)字孿生的關(guān)系2.4數(shù)字孿生與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)2.4數(shù)字孿生與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)