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虽然数字孪生的概念早在2002年就已提出,但是在物联网(IoT)领域才有所见效。
今天,它对业务至关重要,被评为Gartner2017年十大战略技术趋势之一。
然而,我们对这个数字孪生并不是很熟悉,数字孪生究竟何许人也?
什么是数字孪生?
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。
其实,简单来说数字孪生就是一个设备或一个系统的基础上创造一数字版的“克隆体”。
这个“克隆体”,也被称为“数字孪生体”。
它被创建在信息化平台上,是虚拟的。也许你会说,这不就是电脑上的设计图纸嘛?CAD搞搞不就有了?
其实不然,相比于设计图纸,数字孪生体最大的特点在于:它是对实体对象(姑且就称为“本体”吧)的动态仿真。
也就是说,数字孪生体是会“动”的。而且,数字孪生体不是随便乱“动”。它“动”的依据,来自本体的物理设计模型,还有本体上面传感器反馈的数据,以及本体运行的历史数据。
说白了,本体的实时状态,还有外界环境条件,都会复现到“孪生体”身上。
如果需要做系统设计改动,或者想要知道系统在特殊外部条件下的反应,工程师们可以在孪生体上进行“实验”。这样一来,既避免了对本体的影响,也可以提高效率、节约成本。
除了“会动”之外,理解数字孪生还需要记住三个关键词,分别是“全生命周期”、“实时/准实时”、“双向”。
数字孪生是源自工业界的概念。在工业制造领域,有一个词叫做“产品生命周期管理(PLM)”,相信很多人都听说过。
全生命周期,是指数字孪生可以贯穿产品包括设计、开发、制造、服务、维护乃至报废回收的整个周期。它并不仅限于帮助企业把产品更好地造出来,还包括帮助用户更好地使用产品。
而实时/准实时,是指本体和孪生体之间,可以建立全面的实时或准实时联系。两者并不是完全独立的,映射关系也具备一定的实时性。
双向,是指本体和孪生体之间的数据流动可以是双向的。并不是只能本体向孪生体输出数据,孪生体也可以向本体反馈信息。企业可以根据孪生体反馈的信息,对本体采取进一步的行动和干预。
数字孪生是如何工作的?
数字孪生是现实世界和虚拟世界之间的桥梁。使用传感器收集有关实时状态、工作情况或位置数据,通过智能组件与物理设备集成在一起。
组件连接到基于云的系统,由系统接收并处理传感器监控的所有数据,根据业务和其他相关数据进行分析。在虚拟环境中吸取经验教训,寻找机会,并将其应用于现实世界,最终改变您的业务。
数字孪生的价值
工业上:数字孪生能够有效提升产品的可靠性和可用性,同时降低产品研发和制造风险。
智慧城市:在5G的支持下,云和端之间可以建立更紧密的连接。城市的管理者,可以通过这些数据,以及城市模型,构建数字孪生体,从而更高效地管理城市。
c基建工程也是数字孪生的一个重要应用领域。我们在修建高速公路、桥梁等基础设施前,完成对工程的数字化建模,然后在虚拟的数字空间对工程进行仿真和模拟,评估工程的结构和承受能力,还可以导入流量数据,评估工程是否可以满足投入使用后的需求。在工程交付之后,还可以在维护阶段评估工程是否可以承担特殊情况的压力。以及监测可能出现的事故隐患。
总而言之,数字孪生是一项非常有潜力的前沿技术,会给企业带来丰厚的价值回报。也正因为如此,很多投资机构趁机热炒数字孪生的概念,也有很多企业迫不及待想要拥抱数字孪生。