什么是“數字孿生”?

什么是“數字孿生”?

2021-11-04 09:36:22    503次點擊               發布者:17367085460       字體:【

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數字孿生又稱“數字雙胞胎”,是將工業產品、制造系統、城市等復雜物理系統的結構、狀態、行為、功能和性能映射到數字化的虛擬世界,通過實時傳感、連接映射、精確分析和沉浸交互來刻畫、預測和控制物理系統,實現復雜系統虛實融合,使系統全要素、全過程、全價值鏈達到最大限度的閉環優化。

 

具體而言,數字孿生的實質是建立現實世界物理系統的虛擬數字鏡像,貫穿于物理系統的全生命周期,并隨著物理系統動態演化。建立數字孿生的基本思路是,在對物理系統進行數字化精確建模和狀態信息實時傳感的基礎上,建立傳感數據與數字化模型的連接映射,使得數字化模型能夠實時、真實反映物理系統在現實世界的行為,并通過人工智能算法實現對系統當前狀態的精確分析和未來狀態的科學預測。值得注意的是,在現有的技術手段下,數字孿生還無法做到對復雜物理系統的全息復制,往往是對物理系統關鍵信息的局部復制。

 

 

 

 

近年來,數字孿生技術受到國內外產業界與學術界的高度重視。中國工程院發布的《全球工程前沿2020》報告將數字孿生驅動的智能制造列為機械與運載工程領域研究前沿之首。連續三年數字孿生被列為十大戰略科技發展趨勢之一。由于數字孿生契合了我國以信息技術為產業轉型升級賦能的戰略需求,已成為應對當前百年未有之大變局的關鍵使能技術之一。

 

如何應用數字孿生

 

 

隨著5G、物聯網、云計算、大數據、人工智能和混合現實等新一代信息技術的發展,數字孿生在理論層面和應用層面均取得了快速發展。數字孿生與產業技術的深度融合,有力推動了相關產業數字化、網絡化和智能化的發展進程,正成為產業轉型升級的強大推動力。

 

在工業產品研發領域,通過構建工業產品與裝備的數字孿生,可以實現產品裝備的服役監測和健康管理。例如,當航空飛行器在天上飛行的時候,地面的數字孿生系統就可以通過采集的飛行器實時傳感數據,精確模擬飛行器的運行狀態,預測飛行器的未來性能和潛在故障等,甚至可以提前15~30天發現一些潛在的故障。數字孿生深刻改變了未來產品的形態,未來企業交付給客戶的產品將不僅僅是物理實體,而是虛實共融的孿生形態。

 

在生產制造領域,通過數字孿生,在建設實體工廠的同時在電腦上構建一個虛擬工廠,把實體工廠的每個車間、每條流水線、每臺設備、每個生產動作都映射在虛擬工廠上。在生產過程中,通過數字孿生實時監控實體工廠的生產狀態,及時發現生產瓶頸,優化車間生產調度,從而提高工廠的生產效率和管控水平。基于數字孿生的智能工廠,將成為未來工廠的重要發展趨勢。

 

在城市管理領域,通過構建城市的數字孿生,可以實現城市全景可視化和動態智能管理。例如,通過數字孿生對城市交通數據進行實時分析,可精準預測城市交通擁堵的關鍵節點,進而提前進行交通管制,緩解交通壓力。未來的城市,將建立在數字孿生的基礎上,具備自主學習的能力,演變為具有高度智慧的城市新形態。

 

除了上述領域之外,智慧醫療、智慧物流、智慧農業以及安全應急等眾多行業領域都在大力發展數字孿生技術,數字孿生應用場景非常廣闊。

 

為什么需要數字孿生

 

 

數字孿生自應用以來,在產業、商業、社會等方面體現出了其重要的價值。

 

產業價值方面,構建全產業鏈的數字孿生體能夠促進產業向制造與服務融合發展的新型產業形態轉型,即從市場需求、用戶溝通、產品設計、產品制造、物流供應、維保服務等全產業鏈出發構建數字孿生體,使傳統產業具備定制化生產能力,實現更為敏捷和柔性的商業模式;而構建產品全生命周期的數字孿生體,有助于建立產品從研發、仿真、制造到使用的閉環體系,加快產品研發和迭代升級,進一步推動產業的發展。
 

商業價值方面,隨著數字孿生技術得到各領域認可,很多科技企業已經著手研發數字孿生技術并推出了相關產品,這些產品在落地應用中不斷升級優化,逐漸滿足市場客戶的實際需求,為企業帶來了可觀的經濟效益,同時也促進了更多企業共同推動數字孿生產品的商業化;另一方面,企業構建產品全生命周期的數字孿生體,有助于改善產品設計、優化生產流程、快速定位問題,實現提高產品質量、降低生產成本、提升生產效率等目標,其也是數字孿生商業價值的重要體現。
 

社會價值方面,數字孿生能夠推動社會數字經濟的發展。構建實體經濟的數字孿生體,對數據整合及利用,進行模擬決策、資源配置、市場發掘等仿真與復現,在提高勞動生產率、發掘經濟新增長點、實現經濟可持續增長等方面發揮著重要作用。

 

數字孿生作為推動實現企業數字化轉型、促進數字經濟發展的重要抓手,已建立了普遍適應的理論技術體系,并在產品設計制造、工程建設和其他學科分析等領域有較為深入的應用。在當前我國各產業領域強調技術自主和數字安全的發展階段,數字孿生技術本身具有的高效決策、深度分析等特點,將有力推動數字產業化和產業數字化進程,加快實現數字經濟的國家戰略。

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