?在《數字孿生體技術白皮書》中，我們提出了數字孿生體的成熟度模型，分為數化、互動、先知、先覺和共智五個層級。其中互動是實現物理實體和數字虛體數據連接的重要環(huán)節(jié)，也是目前數字孿生體實施過程中被重點關注的方向。

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?《基于Flownex的數字孿生體解決方案》是我們最近完成的系列落地方案之一。該方案適用于熱力系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、通風空調、油氣管網、航空發(fā)動機與燃機等應用場景的數字孿生體搭建。

在該方案中，用來完成互動的技術有三類，實施過程中，根據用戶的現有條件，選擇其中一種即可。下面，對這三類技術作一簡要介紹。

通過OPC實現互動

OPC是OLE for Process Control的縮寫，意思是用于過程控制的OLE。OPC是自動化行業(yè)及其他行業(yè)用于數據安全交換時的互操作性標準。它獨立于平臺，并確保來自多個廠商的設備之間信息的無縫傳輸。OPC標準于1996年首次發(fā)布，定義了客戶端與服務器之間以及服務器與服務器之間的接口，比如訪問實時數據、監(jiān)控報警和事件、訪問歷史數據和其他應用程序等。

Flownex中內置了OPC服務接口（圖1），通過該接口，Flownex可以訪問傳感器的測量數據，也可以把仿真數據傳輸給控制器。在Flownex中有虛擬的分布式控制（DCS）部件（圖2），這些部件的輸入輸出參數和物理實體通過OPC連通后，就可以實現實時動態(tài)仿真。

通過LabVIEW實現互動

LabVIEW是美國國家儀器公司（National Instruments）專為測試、測量和控制應用而設計的系統(tǒng)工程軟件，可快速訪問硬件和數據信息。通過圖形化編程，LabVIEW可實現可視化應用的各個方面，包括硬件配置、測量數據和調試。Flownex有直接的LabVIEW接口，可以和LabVIEW實現雙向數據傳遞，進而通過LabVIEW實現和硬件的數據互動（圖3）。

通過物聯網實現互動

物聯網（Internet of Things）是指通過各種信息傳感器，實時采集任何需要監(jiān)控、連接、互動的物體或過程的信息，通過各類可能的網絡接入，實現物與物、物與人的泛在連接，實現對物品和過程的智能化感知、識別和管理。Flownex可以和多種物聯網平臺連通，通過物聯網訪問傳感器的數據。如PTC的Thingworx（圖4）、SAP的Leonardo等。

?值得一提的是，除了上述三類與物理硬件的互動方式外，Flownex還可以與多種軟件互動。包括

Simulink、Matlab、ANSYS（Fluent、CFX、Mechanical）、Excel、Python等，同時也支持降階模型（ROM）的聯合仿真。可以說，在互動方面，Flownex中可選擇的技術已經非常豐富和成熟了。

數據中心應用實例

數據中心熱流數字孿生體中的應用實例，其概念示意如圖1所示。?

圖1 數據中心熱流數字孿生體的概念示意

1 數據中心熱流數字孿生體架構和兩大系統(tǒng)

數據中心熱流數字孿生體的架構及關鍵技術如圖2所示。

圖?2 數據中心熱流數字孿生體的架構

數據中心熱流數字孿生體CAE仿真主要包括建立數據中心制冷系統(tǒng)熱流孿生體和數據中心物理機房熱流孿生體，這兩大系統(tǒng)的構成和關系如圖3所示。

圖3 數據中心熱流數字孿生體的兩大系統(tǒng)

2 數據中心熱流數字孿生體的搭建過程

如圖4所示，物理數據中心運營時流程極其復雜，涉及戶外冷卻塔、室內循環(huán)機組、板式換熱器、水箱、管道閥門、微模塊末端管翅空調、空調風扇、服務器機柜等等多個工業(yè)品，它們之間相互耦合，互相影響。

圖4制冷系統(tǒng)和機房的構成

建立數據中心熱流的數字孿生體，可以在物理數據中心與孿生數據中心之間建立熱流狀態(tài)的“準實時”聯系，基于物理數據中心與孿生數據中心之間的雙向數據傳輸與交互，從而以精確的數字形式，對物理數據中心過去、當下、未來的行為進行動態(tài)呈現，可以對數據中心不可運營的極端場景（比如空調斷電、損壞等）進行物理、全面的反應，以洞察其運營的物理狀態(tài)；數據中心熱流數字孿生體也可以對物理數據中心的運營執(zhí)行智能化的干涉行動，優(yōu)化物理數據中心的運營管理。

無仿真，無孿生。數據中心熱流孿生體的關鍵技術是數字孿生熱流模型的CAE仿真計算及熱流參數的ROM降階；通過ROM降階技術，可以將數字孿生熱流模型中的不同變量與數據中心物理實體的輸入輸出關系描述出來，以便快速尋找不同輸入對應的輸出數值。最終孿生模型可以對輸出的數據進行大數據、AI學習，分析處理，并尋找理想運行策略，再向數據中心物理機房發(fā)送運營參數設置指令等等。

3 數據中心熱流數字孿生體的價值

建立數據中心熱流的數字孿生體后，可以實現以下價值：

1）將物理數據中心的熱流參數映射到虛擬空間中，設計及運營人員可對孿生體模型進行拆解、復制、修改、刪除等等操作；可以讓很多由于物理條件限制、必須依賴于物理實體而無法完成的操作，如大批量修改服務器類型、不同機柜虛擬裝配于微模塊內、預測極端天氣對物理機房的影響等等；這樣更能激發(fā)人們去探索新的途徑及方式來優(yōu)化物理機房的運營。

2）使用數據中心熱流數字孿生模型，運營人員可以對物理數據中心戶外管網、機房內部的熱流參數實現全場量的精準分析和優(yōu)化；通過采集有限的物理傳感器對應的指標數據，并借助大樣本庫，借助于CFD算法、物聯網和大數據技術再現出一些原本無法直接測量的指標或者無法測量的區(qū)域。

基于數據中心熱流數字孿生體吐出的全量數據，運營人員可以對數據中心過去、當前及未來的運營狀態(tài)進行預判，提供更全面的決策支持，以指導運營人員調正運營策略，降低PUE；有助于運營人員全方位探知數據中心內各類產品（服務器、交換機等）所處的熱流環(huán)境（如溫度、速度、濕度等），并對產品所處的惡劣熱環(huán)境進行物理的改善行為。

3）使用數據中心熱流數字孿生模型，可以將其合理的運營經驗數字化。數據中心熱流數字孿生體可以對物理數據中心出現的熱流故障問題進行再現，在孿生體模型內對故障問題進行“精準”改善，并將改善行動得到驗證，將不同類型的故障問題進行歸檔，形成物理數據中心的標準故障解決庫。最終可以通過大數據技術、AI技術等手段，實現對物理數據中心故障問題的智能化診斷和解決。