端到端就绪的 PaaS 平台服务，三个维度读懂 Azure 数字孪生
小编说：欢迎来到微软“进博会”特辑！2021年中国国际进口博览会即将开始。今年以来，元宇宙（Metaverse）火遍全球，而 “Metaverse” 一词源于1992年出版的科幻小说《雪崩》（Snow Crash），它描述了一个网络化的虚拟现实世界。在这个虚拟现实中，人们以自己设计的形象出现，像玩游戏一样从事真实世界中存在或者不存在的活动，并可以与现实世界互动。
回头来看，“元宇宙”这样一个科幻概念的突然火热，既和虚拟现实技术的发展、数字空间越发真实化、数字空间和现实空间日益融合有关，但背后也反映了这样一个全新的发展方向，那就是物联网与产业数字化的结合已成不可逆的趋势，特别是借助数字孪生（Digital Twins）这样的新技术，企业可通过可视化手段解决数字化转型中存在的应用架构复杂、管理工具分散、认知效率低、缺乏全景分析和掌控能力等问题，由此加速数字化转型的步伐。
也正因此，Gartner 此前就曾连续三年（2017—2019年）将数字孪生列为十大新兴技术之一，而根据 IDC 的报告显示，到2020年底，65%的制造企业将利用数字孪生运营产品和/或资产，25%的企业希望借助数字孪生降低质量缺陷成本和服务交付成本，可见数字孪生在企业数字化转型中拥有着巨大的应用前景和空间。
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在此过程中，作为物联网和数字孪生领域的探索者和推动者，通过多年的技术沉淀和实践验证，微软也打造出了一套端到端就绪的 Azure 数字孪生（Azure Digital Twins）服务，今天越来越多的企业都可利用基于 Azure 数字孪生的领域专业知识来构建自定义的连接解决方案，从而更好地推动产品改进、运营优化、实现成本降低和客户体验的突破。
那么，什么是微软的 Azure 数字孪生服务？作为目前市场领先的端到端就绪的数字孪生 PaaS 服务，Azure 数字孪生服务有何独特的优势？更为关键的是，在 Azure 数字孪生的“加持”之下，企业又能够构建出哪些新技术，新能力和新服务呢？
撬动企业数字化转型的新支点
当前，数字孪生在学术界和企业界有多种不同的定义和理解，但从根本上讲，数字孪生是以数字化的形式对某一物理实体过去和目前的行为或流程进行动态呈现和反馈，它的真正作用在于能够在物理世界和数字世界之间全面建立准实时的关系，而这也是它最大的价值所在。
与此同时，过去一段时间以来，随着“新基建”的提速，在建筑行业和智慧城市的数字化转型中，往往也通过借助 BIM （建筑信息模型）或 CIM （城市信息模型）技术来实现信息的可视化，这些技术也具有全域全时、精准映射、虚实交互、仿真模拟等能力，同样也成为了“新基建”下建筑地产、智慧城市等领域必备的新型基础设施。
虽然借助 BIM 或 CIM 等技术，的确可以把建筑、楼宇、城市等领域的物理世界“可视化”出来，再加上三维模型的应用，这让很多人误以为基于三维模型的虚拟可视化就是数字孪生，但微软认为，“可视化”仅仅只是数字孪生的一个应用场景而已，数字孪生本质上要解决的，是要在数字世界中反映出现实世界中的物理对象、物理对象之间的交互，以及由这些对象参与驱动的业务流程，并结合各种实时数据，构建真正的数字孪生应用来解决企业的实际问题。因此如何借助物联网技术去获取来自物理世界的数据，如何借助数据建立物理环境的数字孪生模型，实现企业运营、产品研发设计和生产工艺流程等领域的效率改善和优化，让企业真正通过新技术得到实实在在的业务价值，才是数字孪生最重要的方向和目的。
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确实如此，今天数字孪生之所以“炙手可热”，成为整个市场，尤其是工业互联网和企业智能制造等领域优化整个制造价值链和创新新产品的关键工具，归根结底在于数字孪生可以真正帮助物理资产实现从“隐”到“显”的重要切入点，让企业有机会看清物理资产现在正在发生或未来可能发生的具体情况，从而实现对其有效的监测、预测分析和优化。
例如，在产品研发方面，工程师可以从数字孪生中获益，因为它有助于在发布前测试即将推出的产品的可行性；在设计定制方面，数字孪生也能帮助企业设计多种类型的产品，并为其客户提供个性化的产品和服务；而在车间性能改进方面， 数字孪生同样有助于监控和分析成品，帮助工程师发现批次中的缺陷和低性能产品；此外，在预测性维护方面，数字孪生更是可以帮助制造商预测机器的潜在停机时间，通过最大限度地减少非增值维护活动时间来提高整体的生产效率。
从这个角度来说，微软所推出的数字孪生服务，不仅仅只具有单一的数字孪生技术服务能力，而是一个能够与各种数字化平台技术集成，构建跨行业、且端到端就绪的数字孪生解决方案的开放平台服务；同时，它不单单适用于智能制造、智能楼宇等行业，它的开放数字孪生服务能力可以“复用”到医疗、农业、教育、能源等行业，由此赋能并加速各行各业的企业数字化转型。
不难发现，数字孪生技术能够解决困扰人们已久的数字世界和物理世界连接交互的问题，它充分利用数据、模型、智能并集成多学科的技术，不仅能够在数字世界中模拟出小到一颗螺丝、大到一座城市，甚至精密复杂的各种设备，因此不仅具有强大的落地应用价值，更是撬动企业数字化转型的新支点。
三个维度读懂 Azure 数字孪生
也正是洞察到这种新的变化，作为物联网和数字孪生领域的探索者和推动者，微软也“与时俱进”推出了 Azure 数字孪生服务，它不仅是微软在云计算、物联网、数据建模、人工智能、混合现实等技术创新领域的“集大成者”，更是微软在数字孪生领域经过长时间技术沉淀和实践验证的端到端就绪的 PaaS 服务平台，具体来看：
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首先，在 Azure 数字孪生服务的输入环节中（INPUT），用户可借助微软在物联网领域的强大技术实力，实现物理环境中的人、机、物的互联，包括通过使用微软 Azure 以合规性、安全性和隐私优势构建企业级物联网连接解决方案，并通过与 Azure IoT Hub 集成，以高水平的安全性和可伸缩性监控、管理和更新物联网设备，这样用户就可以安全可靠地连接数百万台设备及其后端解决方案，且目前几乎任何的设备都可以连接到 Azure IoT Hub；此外，通过 Workflow integration 及 REST APIs 等方式，用户也可完成工作流集成和业务系统/服务的集成，向 Azure 数字孪生服务提供用于数字孪生应用所需要实时和建模数据。
其次，在 Azure 数字孪生服务的实时执行环境中（LIVE EXECUTION ENVIRONMENT），用户可通过微软提供的开放数字孪生建模语言（Digital Twins Definition Language），定义和创建任何领域的反映其现实环境的数字孪生自定义域模型，并根据模型的定义在数字孪生服务中创建模型的实体，构建出反映现实世界的数字孪生图谱。同时利用Azure数字孪生资源管理器（Azure Digital Twins Explorer），可以直观地可视化 Azure 数字孪生图谱（Azure Digital Twins Graph），这样就可以以更加直接和直观的方式，通过图形化的形式完成和用户（主要是开发者）的交互。
其中，Azure 数字孪生服务中提供的开放的数字孪生建模语言，是采用 JSON-LD 语言进行模型定义的，简称 DTDL。它可根据属性、遥测、命令、组件和关系等来描述数字孪生模型。在此基础上，借助其实时执行环境所提供的 REST API 和类 SQL 的查询引擎，可方便地根据所建立的数字孪生模型构建数字孪生实体进而建立完全反映现实环境的数字孪生图谱。同时 Azure 数字孪生提供了丰富的事件系统，能够使数字孪生图谱实体跟上数据处理和业务逻辑的变化，用户也可以利用其事件输出端口连接外部分析计算资源（如 Azure Functions），以灵活的自定义方式来驱动数据的分析处理。除此之外，用户也能够使用 Azure 数字孪生的提供的强大 API 查询功能，从实时执行环境中提取“见解”，包括属性值、关系、关系属性、模型信息等，进而实时展现出数字孪生的应用价值。
最后，在 Azure 数字孪生服务的输出环节（OUTPUT），用户也可以通过使用Azure提供的创新技术，从而获得更加全面、多维度的产品数据，让企业实现更大的洞察力和分析能力，由此指导企业去做相应的业务决策。
具体包括用户可将 Azure 数字孪生连接到时序见解 (TSI)，以跟踪每个孪生的时序历史记录，也能将时序见解中的时序模型与 Azure 数字孪生中的源保持一致；同时，用户也可以在 Azure Data Lake 中存储 Azure 数字孪生数据；此外，用户也能通过使用 Azure Synapse Analytics 或其他微软提供的数据分析工具分析 Azure 数字孪生数据，并能够将较大的工作流与逻辑应用集成，最终让数字孪生服务发挥出更大的作用与价值。
换句话说，通过微软所提供的端到端就绪的 Azure 数字孪生服务平台，企业就能实现工厂中的生产过程控制以及优化，楼宇地产中的能源管理和优化等各种应用场景的数字孪生应用解决方案，此外微软还将 Azure 数字孪生服务同各种不同的体验终端和应用连接起来，如 Web 应用、移动 APP、MR、Office365等，以实现各种不同的用户体验，这样就提供了一整套全面的基于数字孪生的解决方案。
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值得一提的是，和市场上其他的解决方案相比，Azure 数字孪生还有着三个方面的独特优势：一是，它不仅是业界首个端到端就绪的数字孪生服务，更是业界率先实现落地的数字孪生服务；二是，Azure 数字孪生同时也是一个 PaaS 平台型服务，“PaaS 化”的最大价值在于，用户可以“拿来即用”，这样就有更多的时间专注于业务的创新上，且通过“PaaS 化”的交付方式，用户在提升效率的同时也能实现整体 TCO 成本的降低；三是，Azure 数字孪生既能赋能开发者，为开发者提供建模语言和数字孪生图谱等服务，更能赋能最终的用户，让用户能够“所建即所得”，最大化的发挥出数字孪生所带来的全新价值。
由此可见，通过全面解读 Azure 数字孪生提供的技术能力，Azure 数字孪生是真正地端到端就绪的数字孪生 PaaS 服务，它基于微软成熟可靠的云技术产品、沉淀了微软多年来在云计算、物联网、人工智能、数字孪生等领域的经验和实践，同时它还从企业实际的需求本源出发，让新技术和新服务更靠近用户，是“名副其实”的基于用户使用视角的数字孪生服务平台，不仅为企业广泛应用数字孪生，并基于数字孪生实现更多的数字化业务创新，更提供了全新的选择和全新的体验。
让数字孪生体验“更上一层楼”
【端到端就绪的 PaaS 平台服务，三个维度读懂 Azure 数字孪生】那么，为何说 Azure 数字孪生既是一种新技术和新服务，更能带来全新的体验呢？背后的核心在于微软 HoloLens 混合现实技术，可以和数字孪生服务一起，提供一种更加直观的数据叠加和立体视觉效果，能够在操作培训、远程协同与支持、维修巡检等不同的应用场景中，让企业的业务人员也能通过“可视化”的标准前端产品，快速理解并融入到数字孪生体中进行实操工作，最终达到业务优化、效率提升等目标。
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事实上，在微软所提供的端到端就绪的 Azure 数字孪生服务中，基于 HoloLens 所提供的数字孪生混合现实服务正如“皇冠上的明珠”，无论是展现的形式，以及在实际应用场景中能够发挥的作用不但是非常“炫酷”，同时也能带来前所未有的新体验。
而更为重要的是，围绕 Azure 数字孪生混合现实服务的落地，微软 Azure 智能云平台也提供了大量的支持，包括前端混合现实的接入支持，也包括物理世界中的数字信号采集或者设备的管理，同时在后端的数据服务上，微软也可以根据不同的数据类型，提供不同的存储服务，以及利用数仓做一些数据分析服务，最后形成一个非常好的用户端的使用体验，因此微软 Azure 智能云平台和 Hololens 这个端的互动和支持的服务不仅是非常领先的，也是业界中走在靠前的。
总的来看，在数字孪生领域，微软不仅提供就绪的 Azure 数字孪生 PaaS 服务平台，更通过独有的“云+端”的交互新体验，帮助每一个行业，每一家企业整合和简化所需要的一切，真正为企业借助数字孪生服务实现业务的创新，并加速数字化转型构筑了坚实的创新基石，而这也正是微软在数字孪生领域始终领先于时代，更创造时代的真实写照。
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