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《《数字孪生的基础研究需求和未来方向》》

  • 来源专题：集成电路
  • 发布时间：2024-01-09

  • 数字孪生在加速科学发现和行业变革方面具有巨大前景。2023年12月15日，美国国家科学院（NAS）发布《数字孪生的基础研究差距和未来方向》报告，旨在向科研界、学术界、相关政府机构、数字孪生从业者以及相关行业人士介绍关于推进数字孪生的开放需求和需要克服的基础性差距。报告探讨了数字孪生技术的潜力以及如何支持其发展的基础研究和所需资源。报告强调了数字孪生在科学研究、工业实践和日常生活的多个领域中的应用潜力，并提出了未来研究的重点和一个跨学科的研究议程。此外，报告还讨论了如何最好地通过联邦机构和各个领域的研究人员合作来支持数字孪生技术的发展。报告概述了数字孪生的定义，构成要素及其基础研究需求，并提出了推进数字孪生技术的未来发展建议。


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    《构想未来数字化水务公司白皮书》
    • 来源专题：水体污染治理
    • 发布时间：2018-07-20
    • 2017年7月，美国国家清洁水组织协会(National Association of Clean Water Agencies, NACWA)出版了题为《构想未来数字化水务公司(Envisioning the Digital Utility of the Future)》的白皮书，旨在指导各地水务局更高效地收集和分析数据。 历史背景 2013年，美国水环境联盟（WEF）、美国国家清洁水组织协会（NACWA）和美国水环境与回用基金会（WE&RF）联合发布了《未来水资源综合设施的行动蓝图》。这份报告是针对污水处理行业面临的前所未有的挑战，急需改变传统思维方式而编写的。里面收集了各地污水处理部门在1972年《清洁水法案》的基础上实现的突破性转变的成功案例。越来越多的水处理机构乐于接受和实践与能量回收、水回用、绿色建筑和非传统合作模式相关的创新方案和技术，同时努力减低运行成本、增加收入和促进当地经济发展。这是未来水资源公共事业这一概念(Water Resources Utility of the Future，官方缩写为UOTF)第一次面世。 2016年4月，NACWA连同WEF、WERF、WateReuse和EPA成立了一个名为“当今未来水务公司（Utility of the Future Today）”的新项目，希望找出标杆单位和推广他们的优秀管理经验，鼓励各地水务局在水回用、水流域治理、有益污泥回用、跨区合作、改善能耗、能量回收以及营养物和原材料回收等方面开展合作项目。另外他们也帮助小型、中型和大型水务局逐步向UOTF的商业模式过渡转变。同年8月NACWA公布了该项目的首批61个公共和私人水务单位名单，参与国包括了美国、加拿大和丹麦。这些名单都收编进了“年度获奖手册”，同时也成为UOTF最佳案例的宝贵参考资料。 美国国家清洁水组织协会NACWA 的作用就是确保跟UOTF相关的问题能成为国会和主要利益相关者的明确优先的重要事项，例如能耗、水回用、绿色建筑、流域管理或者其他新兴问题。 未来数字化水务 早在几年前，很多水务部门的工作心态还是只求“眼不见心不烦”，而如今水务部门的创新尝试正快速扩张：他们开始寻求成为社会可持续发展更主动积极的参与者——寻求新的经营模式、推动创新理念、产生有价值的产品。 如果没有对系统表现的综合理解，水处理部门或企业在应对未来的运营挑战上将受到很多限制。正如其他行业学到的经验和教训那样，传统的一切照旧的经营模式正承受越来越大的压力，因为他们的客户感受到成本的增长，同时又希望通过互联网和移动设备获取信息。水务公司也有它的压力，包括监管成本的上升，资产和基础设施已远远超出了它们的计划寿命。这对水资源的可持续发展和可靠性构成了威胁，使人们对未来水资源承受能力的担忧日益增加。 因此在各种创新项目中，基于数据的决策案例越来越常见。云计算和通信技术的发展也支持水务部门更好地运用数据来规划工作和提高运行效率。这些数据驱动的管理方法不断普及，促生了未来数字水务公共事业概念（Digital Utility of the Future）的诞生。 白皮书《构想未来数字化水务公司(Envisioning the Digital Utility of the Future)》 大纲中为水务机构描述了一个振奋人心的愿景，指导各地更高效地收集和分析数据，并列出了以下八大细分领域： 1.降低运行成本 2.管理和减轻风险 3.增强客户体验 4.改善财务执行力 5.优化资产绩效，发觉隐藏价值 6.利用现有的通讯和计算平台 7.员工参与度和效率的最大化 8.整合水质、政策和表现. 其中一个关键领域就是对处理工艺和出水水质的监测，确保其满足《清洁水法案》的要求。美国环保署一直缓慢地允许这些更先进的监测技术的使用，但人们有信心最终它们会证明其在确保更灵活和合理出水要求方面极其宝贵的价值。 NACWA计划在这八大领域的每个领域里都建立一套案例研究集，以进一步展示这些技术和方法是如何帮助水务机构，不管是公共还是私营机构，更好地管理其运营。NACWA欢迎它的水务局和企业成员提交潜在案例研究的想法，并汇总到专门的网页分享传播。 这份白皮书中介绍的技术和方法，例如卫星传感器、手持设备、云储存，目前在美国的一些自来水和污水处理公司都得到了不同程度的使用，白皮书作者也希望通过该报告让更多的水务公司采纳这些新技术和理念。 降低运行成本 如果能耗、维护频率和化学药剂的使用都能得到追踪，那么水务公司能更有效地制定基准和找到节省成本的措施。NAWCA举了三个例子： -污水处理 泵和风机系统是污水厂最大的能耗组成，化学品和维修也花费巨大成本。新的项目交付机制就是将重点放在对运行表现的数据的收集，找到相应的解决方案。 -管网系统 通过流量计、液位传感器和泵站流速等数据管理，更好地了解当地的溢流或者淤堵情况，更好地调配运营维护人员的工作优先级。 -供水系统 与污水处理系统类似，饮用水处理和输配也需要耗费能量和化学品。通过应用AMI自动双向流通的高级计量架构来实现与用户的沟通。 管理和减轻风险 供水系统的现场探测器或分析仪为一些专业软件（例如EPA的CANARY）提供了水质参数，以检测污染事件，更好地保护公众健康。现在可以使用类似的技术来监测管网系统的排放口，并积极地向水务管理人员通报溢流和潜在的环境污染风险。 数字化的水务公司利用来自各方的实时数据，结合计算系统来对实际情况进行模拟，深入了解风险减缓策略。从长远来看，流域规模的气候模式和流体模型的整合将大大加强基础设施规划和运营战略。 增强客户体验 水务公司的客户越来越关注他们的需求。现在的水务管理都往趋向实时的管理方式发展，以客户的计量数据为中心。“我用了多少水？是用得太多了？还是有漏水点？”更积极和自动化的客户数据能为客户提供他们所需的信息。如果这些数据得到适当的呈现，实际上也减轻了水务公司数据记录、监测和异常事件处理和答疑的工作负担。同时，利用社交媒体积极吸引客户，利用实时数据传达水质状况等信息，这些都会很快成为水行业的常态。 先进的计量设备使得仪表读数可以从过去的每月（甚至是双月或季度）缩小到以小时为单位的读数频率，这大大增加了数据量，但收集到的数据量增多必须要与可视化工具配对，以提高使用和理解的方便性。和其他事情一样，数字化水务部门需要小心谨慎，不能在没有计划和方法的情况下随意处理数据，否则更多的数据只会造成混乱。 改善财务执行力 随着传感器、计量仪表和客户信息系统（Customer Information Systems - CIS）变得愈加先进，数据处理可以变得更有主动性，例如它们可以自动化。大数据也将对财务系统提供巨大价值。然而，很多时候我们手中的数据并没有被充分利用，比如有时CIS几乎只是用来缴费和对客户的互动进行简单反馈。但实际上这些大数据蕴含着更多的可能性，例如数据使用细化到客户级别，水务公司将能更好地了解用户的财务情况及其影响；使用更细化的客户分类和经济预测将进一步实现长期财务规划的更新，从而制定更精准的价格预测和财政规划。 优化资产绩效，发觉隐藏价值 现有基础设施老化的问题，需要准确的资产管理。数据驱动的管理方法能够创造更系统化的方法论来对老化设施安排维修计划。除此以外，随着污水处理厂逐渐向资源回收工厂转变，污水蕴含的能源、营养物日后也将能被视作有价值的资产，得到重视和更好地利用。 利用现有的通讯和计算平台 目前水务部门可能会用到不同的数据管理和分析工具，这些工具一般都是买来就能用的商用软件，例如一些实验室信息管理系统（LIMS）、处理厂的预处理和决策支持系统、现场数据收集系统等。 过去这些系统都是分开的，不过这中情况正发生改变，水务部门需要将不同工具的数据汇总到一起来分析处理，带来更深度的信息解读，从而更好地优化系统表现。过去可能需要请专业团队开发一个专业的综合系统，但如今的云计算网络使整合工作变得更加简便，它能减少对IT开发程序员的依赖，减免系统整合所需的费用，相信将成为日后数字化水务公司的基础。 员工参与度和效率的最大化 数字化水务部门除了信息系统的升级之外，还需要对人才进行升级。数字化水务部门打造的信息系统必须具备优良的用户友好性，正因为如此，水司需要为运行人员和管理者提供培训和调研机会，了解运营者和用户的需求和难点，这样才能更好地使用这些新的技术和资源，将时间和精力最大化地转化到水厂运营。 小结 NACWA深知水务管理是一个持续更新的过程，所以他们会不断对未来数字化水务项目中的的案例和信息进行更新，激励更多的水务公司参与水务创新的浪潮中来。宏观层面来说，美国已经建立了完整的“下一代标准（Next Generation Compliance）”，通过这个项目来支持新工具的应用。同时，通过与诸如电力公司等单位分享信息，能共同制定更灵活的规定和排放标准。而在饮用水和污水处理层面，SCADA系统的使用也有好一段时间了，下一步是应该以流域为单位将各水厂和管网的信息进行整合。随着数字化水务公司的普及，水务部门也将获得更多的数据，反过来用恰当的知识和技术来深入挖掘这些数据的价值，为用户提供更高效的服务，应对未来的水挑战。
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    《新型电力系统专题研究系列之煤电：夯实煤电基础，保障能源安全》
    • 来源专题：先进制造业科技服务情报监测平台
    • 发布时间：2022-11-02
    • 我国是世界第一大能源生产国和消费国，能源生产和消费分别约占世界的1/5和1/4。确保能源安全可靠供应，是关系我国经济社会发展全局的重大战略问题。面对全球能源局势的变动，为了满足经济发展和人民生活的用能需求，“十四五“期间我国能源行业须增强忧患意识，防范化解能源发展面临的各类风险挑战。国家电规总院今年8月份预计，受到煤价、能耗双控等因素影响，过去几年我国煤电建设积极性不高，新能源可靠保障容量不足。未来三年，我国全社会用电量年均增速在5%左右，电力供应存在较大不确定性。未来应着力推动支撑性电源尽快投产，适时新增规划一批电源储备项目，夯实煤电托底保供基础，压实电力供应保障的基本盘。
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