人工智能在电力需求侧仿真与预测中的若千应用 景锐 ( 副教授 ) 厦门大学能源学院 目录 1 在仿真中应用 2 在预测中应用 2 3 背景意义 全球变暖， 2024 年为有记录以来全球最热年，为舒适与健康不得不消耗大量能源 ! 《电力系统调节能力 优化专项行动实施方 案 (2025-2027 年 ) 》 目标：在需求侧建设相当于 5% 聚类生成典型概率场景 思路：基于气象、面向能源，降 尺度对齐天气数据的时空颗粒度 思路：实测电耗、数据驱动验证 ArcGIS 思路：基于 GIS 城市级建筑数据库， 耦合 EnergyPlus 单体建筑仿真， 自底向上、自动化、高通 量 g10 D000 m2s 0000 0M IT0000 Date/Time 达成目标：自动化、高可信的 UBEM 构建城市尺度建筑能耗模型 063001.00.0 12701:2000 ● 机械系统 ( 暖通 / 照明 ) 仿真 ● 运 行时 刻表 厦门市 4 类典型住 宅 Energy use(kWh/sqm) Energy use(kWh/sqm) 0101010000 40101000

E$ - 物塑产晶制造 全集成自动化 单板测试分析 数字化产品、虚拟制造规划、智能模型 制造运营管理 组装 组装 机器人仿真 测试 装 TIA /WinCC / SCADA 组装 数字样机设计 公差优化分析 单板工艺设计 装配工艺设计 试验 Prof inet 入 Profbus 物流规划 4 — FEA / CFD 仿真分析 形成实时的从虚拟到实物的闭环 灵活的设计与三维仿真 Test.Lab VA / DPV 产品仿真分析 产品设计 产品验证 数字化看板与分析 报表、报警、实时看板 以及运作看板 全程质量追溯与分析 基于产品的全生产周期的追溯分析， 2015 2025 。。。 非标设备 / 夹具设计与制造 机器人系统集成与调试 一自、动化 与物调试联 工厂布局与产线规划仿真 配盘 & 电装设计与安装 设备数字化（ CNC/ 激光打标机 / 三坐标测量 /CCD/ 立体仓库 /AGV/…… ） PLC/HMI/DCS/SCADA/OPC 数字化整体解决方案

D 轧钢环节 n 现状评级：★★ n 工具链：钢铁行业利用数字研发平台、生产工艺模拟、工艺流程设计等软件 ，开展新钢种性能预测 ，以及热处理、连铸、轧钢等工艺仿真优化 ，提升了钢铁行业创新研发与试验验证效率和质量。 n 数据链：钢铁企业利用标准化接口 ，加速 LI MS 与 PLM 、 MES 等系统数据互通 ，实现研发设计、试验与生产全链条数据贯通 ，助力缩短产品研发和产品试制周期。 产工艺优化软件、钢铁工艺流程设计系统 知识模型 ：质量控制与缺陷预测模型、微观组织演变模拟 ，动态非线性系统仿真 数 据要 素 ： 原 料信 息 、生 产 过程 参 数、 设 备状 态 数据 、 产品 质 量检 测 数据、环境因素数据、经济成本数据 人 才技 能 ： 材 料科 学 与工 程 、工业工程与自动化控制、仿真模拟技术 痛 点问 题 ： 数 字化 设 计工 具 和技 术 还不 够 成熟 ，在处理复杂工艺和大型设备时可能存在性能不足或稳定性问 细分场景：三维工厂数字化设计与交付 现状评级：★★ 痛点问题：钢铁行业的工厂设计涉及大量的 设备、管道 / 电气系统等 ，设计元素众多 ， 相互之间的关联复杂。这导致数字化设计过 程中的建模 仿真和优化变得非常复杂和困难。 现状评级 ：★★★★ 工具软件 ：一键高炉炉前智能化系统 知识模型 ：生产调度模型、物料平衡模型 数据要素 ：高炉运行状态数据、炉前设备 的运行状态、原料和燃料数据 人才技能

组建团队 内部交接 确定实施策略与计划 项目启动与宣贯 项目启动 Kick-off 业务调研与需求分析 方案设计及原型构建 方案评审及确认 环境规划与部署 客户化开发 集成测试 仿真模拟应用 蓝图设计 Blueprint design 系统构建 System building 上线运行 Go live 持续支持 Service & support 日常运行支持 项目总结 系统设计及 开发 集成测试 上线应用环 境建立 上线应用体 系建立 上线 运行 跟踪与持续 推进 项目验收 项目后评估 项目总结 报告 上线 动员会 方案评 审会 仿真模拟 上线 报告 1. 综述 - 实施路线图 调研与评估 方案设计 系统构建 上线运行 项目总结 1. 综述 - 智能工厂方法论与标准实施方法论的对比分析 - 阶段任务 U9 SMART 实施方法论 • 内部交接 • 确定实施策略与计划 • 项目启动与宣贯 • 业务调研与需求分析 • 方案设计及原型构建 • 方案评审及确认 • 环境规划与部署 • 客户化开发 • 集成测试 • 仿真模拟应用 • 上线环境发布 • 运行体系建立 • 数据准备与输入 • 上线切换运行 • 日常运行支持 • 项目总结 • 持续改进与优化 调研与评估 方案设计 系统构建 上线运行 项目总结

通过智能制造将精益制造优势提升到一个新的高度 单独的精益制造可能已接近其能力极限，但如果通过智能制造对其加以强化，精益制造的 优势似乎几近于无穷无尽。 原因何在？智能制造最初作为工业 4.01 的一个组成部分出现，它增加了将仿真、执行控制 和分析相结合所需的数字化，从而在不影响精益制造收益的情况下，持续优化无返工的高 良率制造流程。智能制造为企业提供需要的端到端连接，以便企业做出数据驱动型决策， 从而加快新产品推出 (NPI) 的全部潜力 资产效率 生产成本 质量 潜在优势 高达 30% 20% 10% 10% 高达 50% 高达 20% 传 统 精 益优 化曲 线 实时数据采集、规划、仿真和生产优化让半导体制造更智能 精益制造注重历史数据。精益制造使用过去的生产数据来确定和消除非增值 活动。 智能制造注重实时数据。智能制造使用实时生产数据来不断优化当前生产， 以实现高水平的初始质量。 息。用于半导体制造的 MES 可以利用生产的数字孪生来实时捕获性能数据，包括统计 过程控制 (SPC) 以及与制造执行、维护、测试和调度的偏差。数字孪生利用 MES 数据 不断进行更新，可以随时提供高度准确的仿真，帮助企业确定生产改进机会。 是什么让智能制造脱颖而出？ 生产线自动化规划 无缝协同 3 闭环制造 生产与质量执行 生产线调试 和运行 制造流程规划和验证 生产优化 2 1 虚拟规划

系统相对封闭 运量大、要求 高 资源调配效率低 下 车辆运维困难 客户需求不断提 高 研发设计数字化 生产制造柔性化 产业链管理一体化 车辆运维智能化 研发仿真 协同制造 产业链管理 设备健康管理 中车四方、中 车株机、中车 浦镇 工程 机械 设备产品多样 化 生产过程离散 化 供应链复杂 资源调配效率低 下 机械设备运维困 ...................... 47 7.1 轨道交通行业数字化转型趋势分析............................ 47 7.1.1 研发设计从实验验证向平台仿真转变................. 47 7.1.2 生产制造从大批量向柔性化转变......................... 47 7.1.3 业务管理从以人为主向精益化转变.. .. 48 7.1.4 设备运维从定时维修向按需维修转变................. 48 7.2 工程机械行业工业互联网平台应用场景及实践........ 49 7.2.1 虚拟仿真 ................................................................. 49 7.2.2 协同制造 ................

UAV 网络管理框架. Xie 等利用 3D 毫米波雷达成像捕捉 UAV 射频特征. 在此基础 上, 采用三维射线跟踪方法实现了 UAV 的信道建模, 反映了射频域数字孪生匹配. 然后基于虚拟模型 进行仿真, 可以为 UAV 提供最佳路线规划, 实现对物理无人机网络的智能操作和管理. Guo 等 [32] 为 了优化高密度、高流量场景下的通信表现, 构建了一个 UAV 辅助的移动网络, 同时提出了一种基于在 UAV 的轨迹与速度映射到数字空 间. 边缘服务器聚合 DT, 准确地模拟目标和预测邻居 UAV 的后续运动, 以优化跟踪路径, 同时实现 碰撞避免. 可见, 数字孪生技术凭借其高保真虚拟映射与实时仿真能力, 已成为 UAV 控制与资源分配 的核心支撑技术. 然而, 现有研究多聚焦于单一任务场景下的技术应用, 如轨迹规划或能耗优化, 缺乏 面向全域低空资源的系统性协同视角. 因此, 亟须构建全域一体化数字孪生平台 自智管控层将孪生模型作为 输入, 生成未经仿真验证的网络管理策略 (pre-simulation policy), 随后将该策略回传至数字孪生层进 行模拟仿真. 数字孪生层依托孪生模型的历史版本数据, 对网络性能状态展开小尺度预测, 有效提升 策略仿真的精准度, 显著增强网络动态适应能力. 若仿真过程中检测到性能劣化或故障风险, 数字孪 生层将触发实时在线优化机制, 对策略进行动态调整. 最终, 经仿真验证的管理策略 (past-simulation

（一）加快核心数智技术攻关应用 1.推进关键核心技术攻关。推动研究电子信息制造业数 字化转型关键技术创新路线图。采用“揭榜挂帅”机制加强 转型关键技术研发，重点突破高精度高速工业控制、智能设 备集成、复杂系统仿真推演、无损检测、可靠性管理等关键 共性技术，提升设备自动化编程（EAP）、电子设计自动化、 PCB 设计、产品生命周期管理、制造执行、质量管理、智能 不良根因分析等系统及软件水平。研制智能工控计算机、工 拟现实、智能可穿戴设备、 智慧家庭等细分领域，培育推广自动化装配组装、AOI 质检、基于渲染技术的 沉浸式体验、精准主动客服、用户体验优化等解决方案。 新型显示：研发推广面板生产主计划、光电设计仿真一体化平台、面板实 时排程管理系统、设备综合效率管理平台、工艺设备参数自动调优系统、制造 执行系统、高效良率管理系统、品质管理系统、基于人工智能的视觉外观缺陷 检测、智能仓储和精准配送等解决方案。 除信息孤岛，提高研发效率。通过统一计算协作平台，根据 需求动态调整计算资源，为设计、仿真、测试提供高性能的 计算资源，降低设备购置和维护成本，缩短研发周期。 重点适用行业：新型显示行业、先进计算行业、消费电 子行业。 典型场景 2：产品设计 12 痛点：电子产品结构复杂度和功能性能要求不断提升， 部分企业在仿真验证方面的建设滞后，机理模型构建不全 面，仿真分析与测试数据无法有效关联，企业在产品设计和 试生产过

强链，开放协作的基础上加速⽣态化。核⼼模块与基础⽀撑系统，包括电机与减速 器、传感器与感知模组、伺服电机、灵巧⼿、操作系统、⼤⼩脑系统-基础模型-功能 模型、芯⽚与算⼒平台、软件与仿真平台等⽅⾯，均取得⻓⾜进步。在此基础上，部 分企业通过操作系统、专业模型、训练仿真、算⼒系统、数据 API 等⽅⾯的开放⽣态 搭建，实现从“卖机器⼈”转向输出“平台+⽣态”，通过开放平台构建开发者⽣态，有⼒ 加速了该领域技术的产业化、⽣态化进程。 ⼈形机器⼈核⼼零部件与基础⽀撑 在⼈形机器⼈与具⾝智能产业链的核⼼零部件与基础⽀撑环节，包括电机与减速 器、传感器与感知模组、伺服电机、灵巧⼿、⼤⼩脑系统-基础模型-功能模型、芯⽚ 与算⼒平台、软件与仿真平台等⽅⾯。其中⼤脑⼩脑为形象描述，实际指机器⼈⾼层 AI 决策与低层运动控制的协同与分层。 2.3.1 电机与减速器 电机与减速器是构成机器⼈关节驱动系统的核⼼机电组件，包括⽆框⼒矩电机、 型的训 练和应⽤。 7 2.3.7 软件与仿真平台 软件与仿真平台是⽤于开发、训练和验证机器⼈⾏为策略的虚拟⼯具链，涵盖控 制算法、仿真数据和具⾝模型训练等。该平台通过物理精确的数字环境模拟真实交 互，使算法可在⽆需实物的情况下完成迭代优化，⼤幅缩短研发周期并提升系统鲁棒 性。 2025 年具⾝智能软件与仿真平台领域呈现多元化发展态势，腾讯、华为、智元机 器⼈、逐际

同时调用统一门户进行用户、组织等管理。 孪生与数字底座中台 ▌ 业务中台：所有公共和共享业务场景汇集到中台包括设备中心、订单中心、计划中心等，并将业务数据给数据中台进行治理，同时孪 生仿真结果反馈业务系统的优化建议。 ▌ 数据中台： 汇聚入湖的业务数据范围包括 AS 、立库、物流、质量、 MOM 、 能耗、 IOT 历史数据等，并进行数据的治理工作。治理 完成的数据支持订阅和 孪生与数字底座模型 利用数据模型建立各模型的关联关系网， 通过统一模型的统一编码识别到虚拟设备， 将物模型 / 业务模型贯通到虚拟设备 中，形成数据驱动虚拟设备的仿真可视。将算法模型 / 成本模型引入到虚拟设备， 用作孪生的仿真分析及优化。 数据模型关系图谱 孪生与数字底座 IOT ▌ 数据采集：软网关采集完数据后会将实时数据统一推送到 IOT 平台。 IOT 平台会进行数据物模型构建，把实时性要求高的数据 ）、增强现实（ AR ）的场景，满足厂区层级以下三维可视化展示。支持对实时运行和运动数据进行高效过滤，通过 分组、设 定规则、解析等对数据进行处理， 以满足数据驱动虚拟孪生场景。 数字孪生支撑工具 - 仿真优化引擎 √ 目标： 节能降本，提质增效 √ 指标：成本、效率、能耗、质量 根据 DT 实施的 6 个阶段， 在前三个阶段完成的基础上对性能指标进行系统优化与提升，包括： 效率、成本在全局系统上的优化