4 基于不明确机理的推测 基于明确机理的计算 实时互传信息数据 数字孪生体成熟度模型 物理世界的数字化建模 多孪生体共享智慧 先 知 数 化 先 觉 共 智 互 动 © Pera Corporation 对象在业务活动中演化的数字化表达 数字孪生体 行为状态 静态构成 子部件 协作对象 协作方式 T+2 T+1 传感与数 采 Pera Corporation Ltd. All 数据模 型 系统仿 真 机理仿 真 演化 (t) 工艺 能耗 质量 组成 材料 结构 动力 传动 转向 rights reserved. © 产生背景 装备的研制过程通常使用系统工 程方法来组织和管理 ，美国国防部 组 件 • 振动数据 • 电流数据 • 温度数据 • 运行数据 • … .. • 组件几何模型 • 组件机理模型 • 组件故障诊断模型 • 组件故障预测模型 • …… 设备、组件层级 • 设备全寿命周期管理 • 提升故障诊断准确度 •

....... 7 （一）工业互联网平台七大核心技术交织融合 ............. 7 （二）平台架构，PaaS 以其开放灵活特性成为主流选择 .... 11 （三）应用创新，工业机理与数据科学走向融合 .......... 13 （四）功能下沉，边缘与云端协同成为平台重要发展方向 .. 15 （五）开发框架，微服务等新型架构大幅降低开发难度与创新 成本 ....... 数据向云端平 台的集成。 第二层是平台，基于通用 PaaS 叠加大数据处理、工业数据 分析、工业微服务等创新功能，构建可扩展的开放式云操作系统。 一是提供工业数据管理能力，将数据科学与工业机理结合，帮助 制造企业构建工业数据分析能力，实现数据价值挖掘；二是把技 术、知识、经验等资源固化为可移植、可复用的工业微服务组件 库，供开发者调用；三是构建应用开发环境，借助微服务组件和 5 网平台的四大特征。一是泛在连接，具备对设备、软件、人员等 各类生产要素数据的全面采集能力。二是云化服务，实现基于云 计算架构的海量数据存储、管理和计算。三是知识积累，能够提 供基于工业知识机理的数据分析能力，并实现知识的固化、积累 和复用。四是应用创新，能够调用平台功能及资源，提供开放的 工业 APP 开发环境，实现工业 APP 创新应用。 （三）工业互联网平台核心作用

对上海石化智能制造认识与建议 对上海石化智能制造认识与建议  原油快评系统构建与关键技术  融合机理与运行信息的炼油过程计划调度优化  高危污染物的企业边界管理  基于 3D 模型的装置信息集成 对上海石化智能制造认识与建议  原油快评系统构建与关键技术  融合机理与运行信息的炼油过程计划调度优化  高危污染物的企业边界管理  基于 3D 模型的装置信息集成  该项目具有自主知识产权。整体技术达到国际先进水平，其中调 合效应模型、调合配方在线优化等核心技术达到国际领先水平。 原油快评系统构建与关键技术 对上海石化智能制造认识与建议  原油快评系统构建与关键技术  融合机理与运行信息的炼油过程计划调度优化  高危污染物的企业边界管理  基于 3D 模型的装置信息集成 炼油过程现状 • 2014 年，我国炼油能力 7.46 亿 吨，位居全球第二。拥有炼油企 柴油 干气 煤油 柴油 蜡油 加氢 精制 轻烃回收 芳烃分离 苯 气体分馏 焦化蜡油 原油调合 一次加工 处理装置 成品调合 炼油工艺流程 二次转化加工装置 油品组成复杂 过程机理复杂 工艺流程结构可变 运行特性受多种因素影响 芳烃开环 2H2 2H2 2H2 2H2 2H2 2H2 2H2 2H2 3H2 2H2 2H2 2H2 反应规则

动态实时优化技术 基于神经网络的实时优化技术 技术概述 工艺全过程的严格机理模型，这种全 过程机理模型既包括工艺过程每个设 备的机理模型，也包括物质沿工艺过 程在不同设备间的传递也是按机理建 模，稳态实时优化技术一般是小时级 优化。 一般用数学回归的方法对工艺过程 进行建模，也有一些动态优化技术 将装置中的部分设备用机理模型进 行表达，但物质沿工艺过程间的传 递是数学回归模型，这种方法大大 简化了模型，提高了计算效率，优 的模型采用神经网络模型进行建立，同样 存在计算结果合理性无法保障的问题，特 别是当实际工况不在神经网络的样本范围 内、需要外延计算时，计算偏差很大。 技术特点 严格机理模型；优化过程需对装置进 行稳态检测、小时级、非线性优化、 用机理和优化算法进行数据调和 数学模型为主、不对装置进行稳态 检测、分钟级、线性或非线性优化、 用反馈方法进行数据调和 利用历史数据和流程模拟数据做样本进行 回归的神经网络模型、失效速度快需持续 Real Time Optimizer ）即实时在线优化技术，是指设定一定的优化目标，让装置操作围绕该目标实时、在 线优化的一种技术。 稳态实时优化技术无论是单台设备还是整个工艺过程的描述都更加符合化工机理，虽然稳态优化方程规模大、计算效率 低，但更容易让企业和工艺人员理解和接受， 国 内 外 企 业 采 用 的 实 时 优 化 技 术 大 多 是 稳 态 实 时 优 化 技 术 。 - 33 -

数字化制造 智能化 网络化 数字化 范式演进 来源：中国工程院易观分析整理 中国制造业升级基本范式， 需“并行推进，融合发 展” , 运用网络化、数字 化、智能化技术手段，深 度融合制造机理，构建具 有深度自感知、智慧优化 自决策、精准控制自执行 的高柔性化及自适应功能 的制造体系。 数字化 数字化即在数字化技术 和制造技术融合的背景 下，以 5G 、 人工智能、 智能赋能 产品整体优化与深度协同 流程 规划 基于工业互联网对产品全生命 周 期进行贯通连接，融合 AI 技 术 强化在产品设计、流程规划、 生 产工程等环节的模型、机理 共享 与协同设计，产品数据的 智能分 析等。 信息来源：工信部，由易观分析整理 流程效率提升与重点业务价 值 挖掘 产品订单 生产计划 材料与供应 制造 的智能化管理，包括远程诊断、 预测性维护等。 设备资产全面运维保障与高 质量服务 系统设计 建造 投产 运维 退役 报废与回收 一方面，人工智能与工业知识的结合能够构建各类工业机理模型，嵌入智能工厂重点领域与场景，加速协同与创新。 另一方面，由于智能工厂环节多，系统复杂度高，工业 AI 的开发与应用须依托工业互联网方可实现创新在效率的预 期目标。目前工业互联网已经形成六大类典型应用模式，各模式中均深度融合

( 大脑 ) 融合水文机理模型、人工智能模型实现孪生场景下的预测。 实时感知能力 ( 眼、手 ) 结合物联传感实现对现实观测数据的实时感知。 孪生转化能力 ( 躯干 ) 对现实世界物理模拟，提供一个真实的空间仿真本体。 数字孪生水利重点解决的三个问题 孪生、感知、决策 GISTC P6 智能决策能力：经验模型、机理模型、人工智能模型 … 主要利用机理模型模拟水利物理系统的物理属性、 主要利用机理模型模拟水利物理系统的物理属性、 状态 变化及运行规律，实现对水利系统的物理孪生、 状态孪 生和机理孪生。 主要用于天气观测，基于英伟达 CorrDiff 生成式 AI 模 型技术，融合了人工智能、 物理模拟和观测数据，能够 从今天的数据来预测未来世界的影响。 新安江 模 型 、 双超产 流模型 等水利 部模型 方法 马斯京 根河道 汇流模 型 山 丘 区 河 道 山 丘 反 干 GISTC 工程过 水模拟 模型 、水工 程复杂 调度模 型 型 、二维 水动力 模 型 道模型 、潮位 边界模 型 水文机理模型 四类下 垫面产 流模型 降雨 蒸发 泊 及 蓄 滞 洪 一 平 原 区 河 道 平 原 区

全面融入北控水务在运营管理上的成熟理念和丰富经验，利用人工智能和大数据、 云平台等先进技术，配套建设、应用集智能感知、智能预警、智能调度、智能处 置和智能服务等智慧化功能于一体智慧水务运管系统；通过将水务机理模型和大 数据科学相结合，深入发掘海量工业数据，揭示传统技术方式难以展现的关联关 系，提升整体数据分析能力，为有效处理复杂运管问题提供新的手段，实现水厂 智能预测和决策支持、工艺优化、精确控制、无人值守等功能提供平台支撑。 层之上叠加工业模型、数据管理、大数据处理、 工业数据分析、工业微服务等创新功能，构建可扩展的开放式云操作系统。工 业 PaaS 层主要有以下三个功能：一是提供工业数据管理能力，将数据科学与工 业机理结合，帮助水务企业构建工业数据分析能力，实现数据价值挖掘；二是 将大量的工业技术原理、行业知识、基础工艺、模型工具等规则化、软件化、 模型化，封装成为微服务组件，可重复使用；三是构建应用开发环境，借助微 生产数据质量判别统计分析 （3）基于平台，整合数据、模型、工具，开发实现污水厂数字双胞胎 作为北控水务集团卓越运行“智慧大脑”的核心模块，数字双胞胎其实质 是通过 BECloudTM 将水厂实时数据、静态数据与机理模型、BIM 模型进行整合 开发，实现物理资产及其运营状态的数字全方位透彻可感知的呈现。结合水厂 业务和大数据分析技术，通过建模和数据挖掘，将水厂的数据分析、水质预 测、生化分析、控制参数优化

建已建设微藻固碳科技项目 地质利用与封存： CO₂强化驱油和海底咸水 层地质封存技术较为成熟 零碳园区运行调度 园区运行调度需考虑多种因素的协同优化，实现零碳目标与经济效益的平衡 14 / 18 减碳设备运行机理 灵活运行的碳捕集电厂(FCCPP)：具有下 调峰能力，但上旋备用不足 电转气技术(P2G)：可在可再生能源高峰期 将多余电量转化为甲烷 两阶段P2G模型：直接利用氢气燃烧供电供 热，提高减排潜力 经济发展、能源消费与碳排放之间的相互作用机理 如何从理论上揭示经济发展、能源消费与碳排放之间的相互作用机 理，在保证经济发展和践行"双碳"的前提下，实现科学发展、绿色发 展与可持续发展的平衡 这是突破零碳园区形态模式、路径优化和关键技术需解决的首要问题 2 多能流-碳平衡机制与全生命周期碳循环机理 能否从理论上揭示多主体联合和多环节融合形态下园区多能流-碳平衡 机制与全生命周期碳循环机理，研究多主体联合和多环节融合形态下 转化为经济效益 激励机制：设计有效的碳减排激励政策，提高各方参与积极性 总结与思考 未来研究思考 科学问题 经济发展、能源消费与碳排放之间的相互作用机理 多主体联合和多环节融合形态下园区多能流-碳平衡机制与全生命周 期碳循环机理 技术问题 多时空碳排放流建模方法与计量工具 零碳园区分层控制架构体系 面向"双碳"目标的多市场耦合机制 政策视角 广义需求侧响应的集成技术研究