Endüstriyel metaverse, dijital ve fiziksel dünyaları birleştirerek mühendislik sistemlerinin tasarımı, simülasyonu ve işbirlikçi 3D görselleştirmesini destekler. Genellikle sistem görünümü sağlamak için birbirine bağlı birçok dijital bileşen ikizinden oluşur. Boeing, BMW, Amazon ve daha birçok büyük kuruluş, metaverse oluşturmak için birden fazla yaklaşım kullanıyor1. Birden fazla simülasyon ve işleme aracı zincirine izin veren sistemler geliştirildi ve kullanılıyor. Ancak, bu örnekler genellikle uygulamaalanı 2'ye özel olarak hazırlanır ya da ticariseçenekler 3,4 olarak bazı özel sistemlere kilitlenir. Dijital ikizler inşa etmek için bazı açık kaynak alternatifleri, örneğin Python Flask gibi bazı sistemlerin yerleşik simülasyon yeteneklerine sahip olması için kullanılmıştır. Yine de, bunlar, belirli model5 ile ilgili özel görevleri yerine getirmek üzere özel kod parçaları olarak yapılandırılmıştır. Bu protokol bağlamında, metaverse platformu (NVIDIA Omniverse) bir 3D görselleştirme ve iş akışı etkileşim ön yüzü olarak işlev görür: bir iş akışı çalışması tamamlandıktan sonra simülasyon çıktıları paylaşılan bir sahneye yüklenir ve aynı ortamdan yeni çalışmalar tetiklenebilir. Bu, gerçek zamanlı sensör beslemelerinin modeli sürekli güncellediği canlı dijital-ikiz sistemlerinden farklıdır; Burada gösterilen yöntem, toplu iş akışı yürütülmesini ve sonuçların çalışma sonrası keşfini destekler. Ancak bu, metaverse platformuna daha fazla sistem entegre etme çalışmalarını destekleyecek şekilde yapılıyor; böylece dijital ikizlerin iş akışı motorları hesaplama arka uçu olarak kullanılmasını mümkün kılacak.
İş akışları, birerlerindeki veri akışını açıkça belirten yazılım araçları zincirleri olarak tanımlanabilir. Mevcut simülasyon kodlarının, işleme betiklerinin ve diğer adımların tipik bir analiz boru hattında sarılmasına olanak tanır; bunların işlevini değiştirmeden, bunun yerine araçtan bağımsız standart girdiler ve çıktılarla yeniden yapılandırılmasına olanak tanır. İş akışları, araçların paylaşımı yoluyla sonuçların kolayca çoğalmasını sağlar, ayrıca hangi araçların versiyonlarının, hangi sırayla ve hangi girdilerle kullanıldığına dair meta veri ve kaynak sağlar. Araçlar birçok simülasyon hattında yeniden kullanılabilir, böylece araştırmacılar simülasyon kurmaya daha az zaman ayırır, deneyler tasarlamak ve sonuçları keşfetmek için daha fazla zaman harcatır. İş akışı sistemleri ayrıca ölçeklenebilir olup, farklı yerel hesaplama, bulut ve HPC kaynaklarına bağlanabilen yöntemlerle birçok büyük ölçekli iş akışının belirli donanımda otomatik olarakçalıştırılmasını sağlar 6.
Tipik manuel yaklaşım doğası gereği yavaş, hata yapmaya yatkın ve tekrarlanması zordur; burada bir araştırmacı her simülasyon veya sonradan işlem aracını elle çalıştırır, ara dosyaları ortamlar arasında taşır ve bireysel çalışma girdilerini ve çıktılarını belgelemek zorunda kalır. Buna karşılık, bir iş akışı yöneticisi veri akışını bir kez resmileştirir ve deterministik olarak yeniden çalıştırır. Bu, manuel boru hatlarına kıyasla birçok avantaj sağlar: aynı iş akışı farklı girdilerde aynı şekilde yürütülebilir, özel betik yazma olmadan parametre çalışmalarını destekler; Her çalışma otomatik olarak tam kaynak meta verilerini yakalar ve tekrarlanabilirlik açıklığını giderir; ve bir araç tamamlandıktan sonra, sonraki iş akışlarında yeniden kullanım maliyeti neredeyse sıfıra düşer, hesaplama süresi hariç. Bu faydalar, biyoinformatik için Wratten ve ark.7 tarafından, proteomik/metabolomik için ise Perez-Riverol veMoreno 8 ile Verhoeven ve ark.9 tarafından nicelendirilmiştir.
Tarihsel olarak, iş akışları öncelikle biyobilişim alanında 8,9 ve Avrupa Galaxysunucusu 10,11 gibi büyük kamu örneklerinde büyük başarıyla kullanılmıştır; bu sunucu 2022 yılına kadar 50.000'den fazla kullanıcıya, 2500 araçya, 47 milyondan fazla iş ve 260.000 iş akışı çalıştırmasına sahipti. Aynı iş akışı motoru yığını, Pulsar dağıtık iş yürütmesistemi 6,11 üzerinden HPC ve bulut kaynaklarına ölçeklendirmeyi destekler ve operasyonel dağıtımlar 10 Avrupa ülkesinde 13 Pulsar uç noktasını kapsamaktadır. Snakemake, Nextflow, Toil ve CWL uyumlu motorlar dahil olmak üzere birçok mevcut iş akışı yöneticisi arasında, Galaxy iş akışımotoru 11 birkaç nedenle seçildi. Başlıca nedenlerden biri, komut satırında çalışmayan alan alan uzmanları için giriş engelini azaltan olgun tarayıcı tabanlı arayüzüdür; tam bir temsilsel durum transferi (REST) uygulama programlama arayüzü (API) sunar (mevcut çalışmada metaverse ön yüzeyine köprü yapmak için kullanılmıştır); Geçmiş ve iş modeli, uzman olmayan işbirlikçilere kolayca ortaya çıkarılabilen bir biçimde kökeni yakalıyor; ve yukarıda bahsedilen Pulsar sistemi aracılığıyla şeffaf HPC boşaltmasını destekler (ancak bu makalenin protokol bölümünde tartışılmaz). Ancak bu makalede tanımlanan yaklaşım prensipte iş akışı motorundan bağımsızdır: eşdeğer entegrasyonlar alternatif motorlar üzerine inşa edilebilir. Bu çalışmanın katkısı, iş akışı yöneticisinin kendisi değil, biyoinformatik için orijinal olarak geliştirilen genel amaçlı bir iş akışı yöneticisinin diğer alanlara (burada füzyon nötroniği örneğinde) aktarılması ve tamamen konteynerli, yerel olarak dağıtılabilir bir yığın içinde endüstriyel metaverse platformu (NVIDIA Omniverse) ile entegre edilmesidir; bu yığın 3D sanal deneylere uygulanır.
Son olarak, konteynerleştirme, kod işletim sistemi ve çalıştırması gereken tüm bağımlılıklarla paketleyerek birçok yazılım parçasının paylaşılmasını sağlar. Bu ortamlar, eksik bağımlılıklar ve bazı simülasyon kodlarının yüklenme zahtiyetinden kaçınır. Amaçları sanal makinelere benzer ama çok daha hafif ve daha taşınabilir. Yazılım paketlerinin paylaşılabilirliğini ve tekrarlanabilirliğini büyük ölçüde artırırlar. Bu yöntemde, iş akışı yöneticisi ve bireysel araçlar Docker12 konteynerlerinde çalışır, kullanıcı konteynerleri çalıştırabildiği sürece farklı işletim sistemleriyle uyumluluğu artırır.
Bu protokol, kendi alanlarındaki simülasyon araçlarını akıcı olarak bilen ancak daha önce iş akışı yöneticisi veya konteyner tabanlı dağıtım kullanmamış olan füzyon nötronik mühendisleri, hesaplamalı akışkanlık dinamiği analistleri veya sonlu eleman uygulayıcıları gibi alan uzmanı araştırmacılar için tasarlanmıştır. Tek bir simülasyon kodu ve temel komut satırı işlemlerine aşinalık varsayılır; Galaxy veya Omniverse'e aşinalık değil. Konteynerleştirmeye yeni başlayan okuyucular, resmi Docker dokümantasyonuna (https://docs.docker.com/) veya şu adreslerde sunulan giriş eğitimine başvurmalıdır: Bölüm 1'i takip etmeden önce https://uomresearchit.github.io/docker-introduction/ ; Yazılımı çalıştırmak için gereken temel komutların hepsi protokol içinde yer alır.
Bu raporun geri kalanı ise yerel olarak konuşlandırılabilir sistemin kurulumu ve kullanımını ele alacaktır. Daha sonra, sistem için yeni araçlar geliştirme adımlarını ve metaverse platformu gibi diğer harici paketleri iş akışı motoruna bağlama yöntemini takip edecek. Rapor boyunca, OpenMC13 kullanılarak yapılan bir nötronik simülasyonu vaka çalışması olarak hizmet vermektedir. OpenMC, iş akışı mimarisini motive eden tam CAD'den simülasyona-çıkışa görselleştirme sürecini gösterdiği için seçildi. Bir geometri dosyası ve bir yapılandırma dosyası yapılandırılmış girdiler olarak hizmet verir; Monte Carlo nötron taşıma simülasyonu, bilinen bir değer aralığıyla karşılaştırılabilen skaler bir metrik (trityum üreme oranı, TBR) ve metaverse uygulamasında 3D render için görselleştirilebilir formatta işlenebilecek ve sunulabilen mekansal olarak çözülen nötron takip veri seti üretir.