信息通信技术与政策

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信息通信技术与政策 ›› 2022, Vol. 48 ›› Issue (10): 52-61.doi: 10.12267/j.issn.2096-5931.2022.10.008

专题:工业互联网 上一篇    下一篇

工业互联网中数字孪生系统的机理+数据融合建模方法

Mechanism + data fusion modeling method in digital twin system for industrial internet

李硕, 刘天源, 黄锋, 解鑫, 张金义   

  1. 百度在线网络技术有限公司,北京 100086
  • 收稿日期:2022-05-19 出版日期:2022-10-15 发布日期:2022-11-01
  • 作者简介:
    李硕 百度副总裁、党委委员,工业互联网产业联盟工业智能实验室主任,主要负责百度人工智能等核心技术的产业化落地工作,主持多个国家及省市级人工智能相关项目的顶层设计工作,行业数字化转型和智能化升级领域的领军人才|刘天源 百度智能云高级算法工程师,主要从事机理+数据融合建模仿真方法及其在动力机械设备中的设计、优化、运维、应用研究工作|黄锋 百度智能云工业能源产品研发总经理,工业互联网产业联盟工业智能特设组副主席、工业智能实验室副主任,中国通讯学会工业互联网委员会委员,主要负责百度智能云工业和能源行业的产品和研发管理工作,对AI、大数据等技术在工业、能源行业的应用场景有深刻理解|解鑫 百度智能云开物工业互联网架构师,百度工业数据智能算法负责人,主要从事深度学习算法在工业领域的应用研究工作|张金义 百度智能云高级算法工程师,主要从事系统建模、控制优化与机器学习技术在能源电力行业的产品与技术应用研究工作

LI Shuo, LIU Tianyuan, HUANG Feng, XIE Xin, ZHANG Jinyi   

  1. Baidu Online Network Technology Co., Ltd., Beijing 100086, China
  • Received:2022-05-19 Online:2022-10-15 Published:2022-11-01

摘要:

工业互联网的快速发展为学术界以及工业界带来了新型研发范式——数据密集型科学发现,融合物理机理以及数据驱动的建模方法是其中的研究热点之一,这种方式可以充分发挥机理仿真可解释性和泛化能力强、数据驱动模型灵活性和可学习的优势,为未来数字孪生系统提供高效、灵活的工具和方法。通过聚焦于工业互联网中构建数字孪生系统的机理+数据融合建模方法,首先阐述了基本数学原理以及建模方法,并对比了机理+数据融合建模与传统数据模型、机理模型的区别;然后从模型选择、物理机理约束以及实际任务需求3个角度详细给出了机理+数据融合建模方法的构造过程,总结了目前学术界的最新研究进展;最后介绍了国内外关于机理+数据融合建模方法在工业设备设计优化、生产制造、运行维护方面的实际落地应用场景。

关键词: 深度学习, 机理仿真, 数据驱动, 物理启发神经网络, 数字孪生

Abstract:

The development and prosperity of the Industrial Internet have brought a novel paradigm to the academic and industrial communities - Data-intensive Scientific Discovery. The modeling method of fusion physics mechanism and data driven is one of the research hotspots,which can provide efficient and flexible analysis tools for future digital twin system. This approach can benefit from both mechanism simulation (interpretability and generalization ability) and data-driven model (flexibility and learning ability), especially in the deep learning architecture. In this context, this paper focuses on the mechanism + data fusion method in the digital twin system for Industrial Internet. Firstly, the basic mathematical principles and modeling methods are established, while the differences between mechanism + data fusion modeling and traditional models are compared. Then, machine-learning model selection, physics mechanism constraints, and actual task requirements are introduced in detail, and the recent research progress and development are summarized. Finally, the actual application scenarios of this method are reported from three perspectives, including design optimization, manufacturing, and operation maintenance.

Key words: deep learning, mechanism simulation, data driven, physics-informed neural network, digital twin

中图分类号: