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你知道什么是数字孪生吗?

2021-11-11

  你知道什么是数字孪生吗?数字孪生是充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据,集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程,在虚拟空间中完成映射,从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。


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数字孪生


  模型维度


  这一类观点认为数字孪生是三维模型、是物理实体的copy,或是虚拟样机。这些认识从模型需求与功能的角度,重点关注了数字孪生的模型维度。综合现有文献分析,理想的数字孪生模型涉及几何模型、物理模型、行为模型、规则模型等多维多时空多尺度模型,且期望数字孪生模型具有高保真、高可靠、高精度的特征,进而能真实刻画物理世界。此外,有别于传统模型,数字孪生模型还强调虚实之间的交互,能实时更新与动态演化,从而实现对物理世界的动态真实映射。


  连接维度


  这一类观点认为数字孪生是物联网平台或工业互联网平台,这些观点侧重从物理世界到虚拟世界的感知接入、可靠传输、智能服务。从满足信息物理全面连接映射与实时交互的角度和需求出发,理想的数字孪生不仅要支持跨接口、跨协议、跨平台的互联互通,还强调数字孪生不同维度(物理实体、虚拟实体、孪生数据、服务/应用)间的双向连接、双向交互、双向驱动,且强调实时性,从而形成信息物理闭环系统。


  服务/功能维度


  这一类观点认为数字孪生是仿真,是虚拟验证,或是可视化,这类认识主要是从功能需求的角度,对数字孪生可支持的部分功能/服务进行了解读。目前,数字孪生已在不同行业不同领域得到应用,基于模型和数据双驱动,数字孪生不仅在仿真、虚拟验证和可视化等方面体现其应用价值,还可针对不同的对象和需求,在产品设计、运行监测、能耗优化、智能管控、故障预测与诊断、设备健康管理、循环与再利用等方面提供相应的功能与服务。由此可见,数字孪生的服务/功能呈现多元化。


  物理维度


  这一类观点认为数字孪生仅是物理实体的数字化表达或虚体,其概念范畴不包括物理实体。实践与应用表明,物理实体对象是数字孪生的重要组成部分,数字孪生的模型、数据、功能/服务与物理实体对象是密不可分的。数字孪生模型因物理实体对象而异、数据因物理实体特征而异、功能/服务因物理实体需求而异。此外,信息物理交互是数字孪生区别于其他概念的重要特征之一,若数字孪生概念范畴不包括物理实体,则交互缺乏对象。


  当前对数字孪生存在多种不同认识和理解,目前尚未形成统一共识的定义,但物理实体、虚拟模型、数据、连接、服务是数字孪生的核心要素。