什么是數(shù)字孿生技術(shù)

數(shù)字孿生（Digital Twin）是以數(shù)字化方式創(chuàng)建物理實體的虛擬模型，借助數(shù)據(jù)模擬物理實體在現(xiàn)實環(huán)境中的行為。

科普之數(shù)字孿生

吳貝言

學院：通信工程學院

學號：20012100036

【嵌牛導讀】數(shù)字孿生是充分利用物理模型、傳感器更新、運行歷史等數(shù)據(jù)，集成多學科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過程，在虛擬空間中完成映射，從而反映相對應的實體裝備的全生命周期過程。數(shù)字孿生是一種超越現(xiàn)實的概念，可以被視為一個或多個重要的、彼此依賴的裝備系統(tǒng)的數(shù)字映射系統(tǒng)。

【嵌牛鼻子】數(shù)字孿生，數(shù)字鏡像，數(shù)字化映射，數(shù)字鏡像模型

【嵌牛提問】數(shù)字孿生的應用

【嵌牛正文】

數(shù)字孿生是個普遍適應的理論技術(shù)體系，可以在眾多領域應用，目前在產(chǎn)品設計、產(chǎn)品制造、醫(yī)學分析、工程建設等領域應用較多。目前在國內(nèi)應用最深入的是工程建設領域，關注度最高、研究最熱的是智能制造拆旁領域。

美國國防部最早提出利用Digital Twin技術(shù)，用于航空航天飛行器的健康維護與保障。首先在數(shù)字空間建立真實飛機的模型，并通過傳感器實現(xiàn)與飛機真實狀態(tài)完全同步，這樣每次飛行后，根據(jù)結(jié)構(gòu)現(xiàn)有情況和過往載荷，及時分析評估是否需要維修，能否承受下次的任務載荷等。

數(shù)字孿生，有時候也用來指代將一個工廠的廠房及產(chǎn)線，在沒有建造之前，就完成數(shù)字化模型。從而在虛擬的賽博空間中對工廠進行仿真和模擬，并將真實參數(shù)傳給實際的工廠建設。而工房和產(chǎn)線建成之后，在日常的運維中二者繼續(xù)進行信息交互。值得注意的是：Digital Twin不是構(gòu)型管理的工具，不是制成品的3D尺寸模型，不是制成品的MBD定義。[1]

對于Digital Twin的極端需求，同時也將驅(qū)動著新材料開發(fā)，而所有可能影響到裝備工作狀態(tài)的異常，將被明確地進行考察、評估和監(jiān)腔尺控。Digital Twin正是從內(nèi)嵌的綜合健康管伍御高理系統(tǒng)（IVHM）集成了傳感器數(shù)據(jù)、歷史維護數(shù)據(jù)，以及通過挖掘而產(chǎn)生的相關派生數(shù)據(jù)。通過對以上數(shù)據(jù)的整合，Digital Twin可以持續(xù)地預測裝備或系統(tǒng)的健康狀況、剩余使用壽命以及任務執(zhí)行成功的概率，也可以預見關鍵安全事件的系統(tǒng)響應，通過與實體的系統(tǒng)響應進行對比，揭示裝備研制中存在的未知問題。Digital Twin可能通過激活自愈的機制或者建議更改任務參數(shù)來減輕損害或進行系統(tǒng)的降級，從而提高壽命和任務執(zhí)行成功的概率。

從產(chǎn)品全生命周期管理、工程全生命周期管理、車間管控系統(tǒng)幾個方面梳理目前數(shù)字孿生的應用場景如下：[2]

最早，美國國家航空航天局使用數(shù)字孿生對空間飛行器進行仿真分析、檢測和預測，輔助地面管控人員進行決策。[2]

Michael Grieves 教授和西門子公司主要使用數(shù)字孿生進行產(chǎn)品數(shù)據(jù)的全生命周期管理。利用數(shù)字孿生對產(chǎn)品設計、產(chǎn)品功能、產(chǎn)品性能、加工工藝、維修維護等進行仿真分析。[2]

以歐特克公司為代表的工程建設類軟件供應商，將數(shù)字孿生技術(shù)應用于建筑、工廠、基礎設施等建設領域，把建筑和基礎設施看做產(chǎn)品進行全生命周期的管理。[2]

北京航空航天大陶飛等人將數(shù)字孿生應用于車間的建設和管控，主要涉及基于數(shù)字孿生的產(chǎn)品設計、基于數(shù)字孿生的虛擬樣機、基于數(shù)字孿生的車間快速設計、基于數(shù)字孿生的工藝規(guī)劃、基于數(shù)字孿生的車間生產(chǎn)調(diào)度優(yōu)化、基于數(shù)字孿生的生產(chǎn)物流精準配送、基于數(shù)字孿生的車間裝備智能控制、基于數(shù)字孿生的車間人機交互、基于數(shù)字孿生的裝配、基于數(shù)字孿生的測試/檢測、基于數(shù)字孿生的制造能耗管理、基于數(shù)字孿生的產(chǎn)品質(zhì)量分析與追溯、基于數(shù)字孿生的故障預測與健康管理、基于數(shù)字孿生的產(chǎn)品服務系統(tǒng)等。

reference：baiduboxapp://swan/AZQtr4jkpf90T3X9QMWVLF1bkeV4LXxD/pages/lemma/lemma?lemmaTitle=%E6%95%B0%E5%AD%97%E5%AD%AA%E7%94%9FlemmaId=22197545fr=aladdin_baiduboxapp=%7B%22from%22%3A%221081000900000000%22%2C%22ext%22%3A%7B%22tplname%22%3A%22bk_polysemy%22%2C%22srcid%22%3A1547%2C%22order%22%3A%221%22%2C%22token%22%3A%22swanubc%22%2C%22searchid%22%3A%2212054588898962432503%22%2C%22third_ext%22%3A%7B%22ivkSource%22%3A%22h5_schema%22%7D%2C%22searchQueryEnc%22%3A%22_u2Hfja42ijWuDWVFmOfKxBtrKjBbM-8C_new%22%7D%7Dcallback=_bdbox_js_4476oauthType=searchsearchParams=%7B%22failUrl%22%3A%22https%3A%2F%2Fbaike.baidu.com%2Fitem%2F%25E6%2595%25B0%25E5%25AD%2597%25E5%25AD%25AA%25E7%2594%259F%2F22197545%22%2C%22logParams%22%3A%22pu%3D%24pu%26baiduid%3D%24baiduid%26tcreq4log%3D1%26isAtom%3D1%26cyc%3D1%26clk_info%3D%7B%5C%22tplname%5C%22%3A%5C%22bk_polysemy%5C%22%2C%5C%22srcid%5C%22%3A1547%2C%5C%22ivkStatus%5C%22%3A%5C%22new_ivk_success%5C%22%2C%5C%22type%5C%22%3A%5C%22xcx%5C%22%2C%5C%22naType%5C%22%3A%5C%22%5C%22%2C%5C%22ivkSource%5C%22%3A%5C%22h5_schema%5C%22%2C%5C%22xcx_path%5C%22%3A%5C%22https%25253A%25252F%25252Fvhsagj.smartapps.cn%25252Fpages%25252Flemma%25252Flemma%25253FlemmaTitle%25253D%252525E6%25252595%252525B0%252525E5%252525AD%25252597%252525E5%252525AD%252525AA%252525E7%25252594%2525259F%252526lemmaId%25253D22197545%252526fr%25253Daladdin%5C%22%2C%5C%22xcx_id%5C%22%3A%5C%22AZQtr4jkpf90T3X9QMWVLF1bkeV4LXxD%5C%22%2C%5C%22xcx_from%5C%22%3A%5C%221081000900000000%5C%22%7D%26lid%3D12054588898962432503%26l%3D1%26t%3Dzbios%26ref%3Dwww_zbios%26from%3D1099a%26order%3D1%26w%3D0_10_%E6%95%B0%E5%AD%97%E5%AD%AA%E7%94%9F%26tj%3Dbk_polysemy_1_0_10_l%26src%3Dhttps%25253A%25252F%25252Fbaike.baidu.com%25252Fitem%25252F%252525E6%25252595%252525B0%252525E5%252525AD%25252597%252525E5%252525AD%252525AA%252525E7%25252594%2525259F%25252F22197545%22%7DuseTpl=1

數(shù)字孿生系統(tǒng)中的關鍵技術(shù)有哪些？

（1）三維孿生模型：數(shù)字空間要根據(jù)實體設備建立對應功能的三維孿生模型