时讯:一文看懂数字孪生—概述

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内参来源:中国电子技术标准化研究院的本论文，《数字双胎白皮书》作者:赵波等数字双胎概要一、数字双胎快速发展背景“双胎”的概念始于美国国家航空航天局的“阿波罗计划”。 也就是说，构建两个同样的航天飞机，其中一个发射到宇宙执行任务，另一个留在地球上反映宇宙中宇宙飞船任务期间的就业状态，解决宇宙工程师的紧急情况。 当然，这里的两个宇宙飞船都是实际存在的物理实体 2003年前后，关于数字双胞胎( digital twin )的构想在美国密歇根大学的产品全生命周期管理课程中首次出现了grieves教授 但是，当时没有正式提出“digital twin”一词，grieves将该构想称为“conceptualidealforplm ( productlifecyclemanagement )”，如下图所示 尽管如此，在该构想中出现了数字双胞胎的基本思想，构建在虚拟空间中的数字模型和物理实体相互映射，忠实地记述了物理实体的全生命周期的执行轨迹 ▲在PLM的概念构思年之前，“digital twin”一词在nasa的技术报告书中正式提出，被定义为“综合了多物理量、多尺度、多概率的系统或飞机模拟过程”。 年，美国空军探索了数字双胞胎在飞机健康管理中的应用，详细探讨了实施数字双胞胎的技术课题 年，NASA与美国空军共同发表了关于数字双胞胎的论文，指出数字双胞胎是推动未来飞机快速发展的重要技术之一。 今后几年，更多的研究将数字双胞胎应用于航空航天行业，包括机体设计和修理、飞机能力判断、飞机故障预测等。 ▲数字双胞胎在领域的应用近年来数字双胞胎传得越来越广泛 另外，随着物品的互联网、大数据、云计算、人工智能等下一代新闻技术的迅速发展，数字双胞胎的实施成为可能 目前，数字双胞胎除了应用于航空航天行业外，还应用于电力、船舶、城市管理、农业、建筑、制造、石油天然气、健康医疗、环境保护等领域。 如上图所示 特别是在智能制造行业，数字双胞胎被认为是实现新闻世界和物理世界相互融合的比较有效的手段 航客、洛克希德·马丁、西门子等多家知名公司和组织( gartner、德勤、中国科学协会智能制造协会等)重视数字双胞胎，同时开始探索基于数字双胞胎的智能生产新模式。 二、数字孪生的定义和典型特征标准化组织中的定义:数字孪生是具有数据连接的特定物理实体或过程的数字表示，数据连接保证物理状态和虚拟状态之间的同速率收敛，物理实体或过程的赖 学术界的定义:数字双胞胎以数字化的方式创建物理实体的虚拟实体，利用历史数据、实时数据、算法模型等模拟、验证、预测和控制物理实体的全生命周期过程 基本上，数字双胞胎可以定义为有助于优化业务性能的物理对象或过程的历史和有助于当前行为快速发展的数字数据。 数字孪生模型基于一系列维度的大规模、累积、实时和真实世界的数据测量 公司定义:数字双胞胎是用于理解、预测和优化性能以实现改进的业务成果的资产和过程的软件表示 数字双子由三部分组成:数据模型、分析或算法集和知识。 数字双胞胎企业已经立足于领域，在整个价值链中改革和创新了过程 作为产品，生产过程或性能的虚拟表示将每个过程阶段无缝链接。 这将继续提高效率，将故障率降到最低，缩短开发周期，打开新的商机。 这意味着可以产生持续竞争的特征。 从数字双胞胎的定义可以看出，数字双胞胎具有以下典型的优点: 1、互操作性:数字双胞胎的物理对象和数字空间可以双向映射，动态交互，实时连接。 因为这个数字双胞胎具有可以用多种数字模型映射物理实体的能力，并且具有可以在不同的数字模型之间转换、合并和“表达”的各向同性。 2、扩展性:数字双胎技术具备整合、追加、置换数字模型的能力，与多尺度、多物理、多级模型副本相比可以扩展 3、实时性:数字孪生技术要求数字化，即以一种计算机能够识别和解决的方式管理数据，表现随时间轴变化的物理实体。 表现的对象包括外观、状态、属性和内在机制，形成物理实体的实时状态数字虚拟体映射 4、保真性”:数字孪生保真性是描述数字虚体模型与物理实体的接近性 虚拟体和实体不仅要维持几何结构的高度模拟，还要求在状态、相状态、时态中进行模拟 有趣的是，根据数字双胞胎的场景，同一数字虚拟的模拟程度可能不同。 例如，在情况场景中只需要描述虚拟的物理性质，可能不需要关注化学结构的细节 5、闭环性:数字双胎的数字虚体。 描述物理实体的可视化模型和内在机制，进行物理实体状态数据的监视、推理的分解、过程参数和运行参数的优化，实现决策功能，给数字虚体和物理实体一个大脑 因为这个数字双胞胎有闭环性 三、数字双胞胎和其他技术的差异数字双胎和仿真( simulation )的差异:仿真技术应用仿真硬件和仿真软件通过仿真实验，解决了一些数值计算和问题 把包括明确性规则和完善机制的模型转换成软件的方法模拟物理世界的做法，目的是依赖于正确的模型和完善的新闻、环境数据，反映物理世界的特征参数。 仿真技术只能离线模拟物理世界，没有数字双胞胎的实时性、闭环性等特征，因此没有分析优化功能 数字双胞胎需要依赖包括模拟、实测、数据观察在内的手段感知、诊断、预测物理实体的状态，优化物理实体，进化自身的数字模型 仿真技术作为制作和执行数字双胞胎的核心技术是数字双胞胎实现数据相互作用和融合的基础 在此基础上，数字双胞胎必须依靠其他新技术集成，与传感器共同在线，保证其保真性、实时性和闭环性 数字双胞胎和新闻物理系统( cps )的区别:数字双胞胎和cps都利用数字化手段构建系统，提供现实服务 其中，cps属于系统的实现，数字孪生侧重于模型的建立等技术的实现 cps通过集成先进的感知、计算、通信和控制等新闻技术和自动控制技术，构建了物理空间和虚拟空间中的人、机械、物、环境和新闻等要素相互映射、及时相互作用、有效协作的多种系统， 与综合了计算、互联网、物理环境的多维复杂系统cps相比，数字双胞胎的构建作为建设cps系统的使能技术的基础，是cps的具体物化表现 数字双胞胎的应用有现有的产品、生产线、工厂、工厂，直接对应cps面临的产品、装备、系统等对象 数字双胞胎从创立之初就确定了以数据、模型为主要要素构建的基于模型的系统工程，适合使用人工智能和大数据等新的计算能力进行数据解决任务 数字双胞胎和数字主线( digital thread )的区别:数字主线被认为是产品模型在各个阶段进化利用的信息表现途径，是依赖产品全生命周期的商业系统，是产品构想、设计、供应链、制造、 通过在整个产品生命周期中提供访问、集成和将不同/分布式数据转换为可操作新闻的能力来通知决策者 数字主线也是一个可以连接到数据流的通信框架，提供了包含生命周期各个阶段功能的综合视图 数字主线具有访问、整合和转换产品数字双胞胎的能力，其目标是贯穿产品的生命周期和价值链，实现全面追溯、新闻互动和价值链协同 因此，产品的数字双子是对象、模型和数据，数字主线是方法、通道、链接和接口 简单来说，数字双胎的广义模型中存在着相互关联的小模型 数字主线可以确定这些小模型之间的相关关系并为您提供支持 因为从全生命周期的广义角度来说，数字主线是面向全生命周期的数字双胞胎。 数字孪生和资产管理壳( assetadministration壳)的区别:来自工业4.0资产管理壳，是德国从工业4.0组件迅速发展起来的一组描述语言和建模工具，在设备、零部件等公司的各资产之间 通过其建模语言、工具和通信协议，公司在构成生产线时，可以实现共同的接口，即“即插即用”性，大幅减少工程构成的时间，更好地实现系统间的互操作性 数字双胞胎和理财壳诞生以来越来越多的观点是两者体现了美国和德国工业文化的差异 实际上，与像资产管理壳一样起到管制和支持作用的“管家”相比，数字双胞胎像“执行者”一样，从设计、模型、数据开始，认识并优化物理实体，对传感器、设计软件、物品进行互联网 但是，基于这两者在技术实现水平上比较接近的基础上，德国现在也在努力将资产管理案例转变为支持数字双胞胎的基础技术 资料来源:人工智能学家关注科普辽宁欢迎喜欢这个文案的人，喜欢原标题:阅读《一文可懂数字双胞胎——概要》原文 。

来源：人民视窗网