数字孪生通俗解释——虚实映射和全生命周期管理

发布时间:2022-07-29

编辑人:灵图互动

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1.数字孪生概念

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。数字孪生是一种超越现实的概念,可以被视为一个或多个重要的、彼此依赖的装备系统的数字映射系统。 

数字孪生概念

数字孪生是个普遍适应的理论技术体系,可以在众多领域应用,在产品设计、产品制造、医学分析、工程建设等领域应用较多。

2.数字孪生的特点

虚实映射是数字孪生的基本特征,虚实映射通过对物理实体构建数字孪生模型,实现物理模型和数字孪生模型的双向映射。这对于改善对应的物理实体的性能和运行绩效具有重要作用。

3.数字孪生应用

对于工业互联网、智能制造、智慧城市、智慧医疗等未来的智能领域来说,虚拟仿真是其必要的环节。而数字孪生虚实映射的基本特征,为工业领制造、城市管理、医疗创新等领域由“重”转“轻”提供了良好路径。

数字孪生 应用

由于虚实映射是对实体对象的动态仿真,也就意味着数字孪生模型是一个“不断生长、不断丰富”的过程:在整个产品生命周期中,从产品的需求信息、功能信息、材料信息、使用环境信息、结构信息、装配信息、工艺信息、测试信息到维护信息,不断扩展,不断丰富,不断完善。

数字孪生模型越完整,就越能够逼近其对应的实体对象,从而对实体对象进行可视化、分析、优化。如果把产品全生命周期各类数字孪生模型比喻为散乱的珍珠,那么将这些珍珠串起来的链子,就是数字主线(Digital Thread)。数字主线不仅可以串起各个阶段的数字孪生模型,也包括产品全生命周期的信息,确保在发生变更时,各类产品信息的一致性。

数字孪生在企业中应用222.jpg

以葛兰素史克疫苗研发及生产的实验室为例,通过“数字化双胞胎”的全面建设,最终使复杂的疫苗研发与生产过程实现了完全虚拟的全程“双胞胎”监控。企业的质量控制开支减少13%,它的返工和报废减少25%,合规监管费用也减少了70%。

从虚实映射到全生命周期管理,数字孪生展示了对于各个行业的广泛应用场景。微软作为率先进军“元宇宙”的互联网巨头,在对“商用元宇宙”应用做的详尽的技术分层中,最底层就包括了数字孪生。

显然,基于多重数字技术搭建而成的数字孪生,是目前人们对元宇宙最具体的认知。

而元宇宙所构建的虚拟现实混同社会形态,从严格意义上而言更像是数字孪生与现实物理空间的混同形态,我们可以在现实与虚拟世界中任意穿梭。

4.数字孪生标准体系

4.1  基础共性标准

包括术语标准、参考架构标准、适用准则三部分,关注数字孪生的概念定义、参考框架、适用条件与要求,为整个标准体系提供支撑作用。

4.2  数字孪生关键技术标准

包括物理实体标准、虚拟实体标准、孪生数据标准、连接与集成标准、服务标准五部分,用于规范数字孪生关键技术的研究与实施,保证数字孪生实施中的关键技术的有效性,破除协作开发和模块互换性的技术壁垒。

4.3  数字孪生工具/平台标准

包括工具标准和平台标准两部分,用于规范软硬件工具/平台的功能、性能、开发、集成等技术要求。

4.4  数字孪生测评标准

包括测评导则、测评过程标准、测评指标标准、测评用例标准四部分,用于规范数字孪生体系的测试要求与评价方法。

4.5  数字孪生安全标准

包括物理系统安全要求、功能安全要求、信息安全要求三部分,用于规范数字孪生体系中的人员安全操作、各类信息的安全存储、管理与使用等技术要求。

4.6 数字孪生行业应用标准

考虑数字孪生在不同行业/领域、不同场景应用的技术差异性,在基础共性标准、关键技术标准、工具/平台标准、测评标准、安全标准的基础上,对数字孪生在机床、车间、工程机械装备等具体行业应用的落地进行规范。

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