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数字孪生,复制出另一个“你”

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2019-05-22 来源:嘉益仕Litins

 导读:数字孪生是近几年兴起的非常前沿的新技术,简单说就是利用物理模型,使用传感器获取数据的仿真过程,在虚拟空间中完成映射,以反映相对应的实体的全生命周期过程。

 

 

数字孪生不仅仅是复制。

 

孪生,即双胞胎;数字孪生,顾名思义,就是数字形式的双胞胎。

 

“数字孪生”中,双胞胎中的一个是存在于现实世界的实体,小到零件,大到工厂,简单如螺丝,复杂如人体的结构。

 

而双胞胎中的另一个则只存在虚拟和数字世界之中,是利用数字技术营造的与现实世界对称的镜像。

 

如果以家用电脑为例,Word文档和打印出来的文稿就是“数字孪生”。若以导航软件为例,城市中的实体道路和软件中的虚拟道路也是“数字孪生”。

 

此外,这个数字孪生体,不仅是对现实实体的虚拟再现,还可以模拟对象在现实环境中的行为。因此可以说,数字孪生是将物理对象以数字化方式在虚拟空间呈现,模拟其在现实环境中的行为特征。

 

 

数字孪生这个概念究竟有什么用呢?

 

首先,它可以通过设计工具、仿真工具、物联网、虚拟现实等各种数字化的手段,将物理设备的各种属性映射到虚拟空间中,形成可拆解、可复制、可转移、可修改、可删除、可重复操作的数字镜像。

 

这极大的加速了操作人员对物理实体的了解,激发模拟仿真、批量复制、虚拟装配等设计活动。

 

过去,在没有数字化模型帮助之下,制造一件产品要经历很多次迭代设计。

 

现在,采用了数字化模型的设计技术,就可以在虚拟的三维数字空间轻松地修改部件和产品的每一处尺寸和装配关系,这使得几何结构的验证工作和装配可行性的验证工作大为简单,大幅度减少了迭代过程中物理样机的制造次数、时间,以及成本。

 

随着工业互联网的应用推进,数字孪生被赋予了新的生命力,工业互联网延伸了数字孪生的价值链条和生命周期,凸显出数字孪生基于模型、数据、服务方面的的优势和能力,打通了数字孪生应用和迭代优化的现实路径,正成为数字孪生的孵化床。

 

工业互联网重塑数字孪生闭环

 

数字孪生,以数字方式为物理对象创建高写实虚拟模型,并模拟、分析、预测其行为,为实现信息技术与制造业融合铺平了道路。借助数字孪生,可以集成复杂的制造工艺,实现产品设计,制造和智能服务等闭环优化,数字孪生将成为未来数字化企业发展的关键技术。

 

在工业互联网概念出现之前,数字孪生的概念还只是停留在软件环境中,比如几何建模的CD系统、产品生命周期管理的PLM等。但随着工业互联网的出现,网络的连通效用使得各个数字孪生在设备资产管理,产品生命周期管理和制造流程管理中开始发生关联、互相补充。

 

1.智能家居管理中心

 

物联网让我们的家居生活变得越来越智能,因此需要一个中央管理系统对安全系统、电视网络、Wi-Fi、冰箱、太阳能、热水器、厨房设备、暖气/空调等系统进行统一管理。

 

 

未来十年内,大多数家庭都将拥有一个中央管理中心,数字孪生技术将成为其中的重要组成部分,也将成为对未来家庭需求管理至关重要的智能系统。

 

2.工业设备监控

 

未来工厂中每个设备都拥有一个数字复制体。通过它,我们可以精确地了解这些实体设备的运行方式。

 

 

 

通过数字模型与实体设备的无缝匹配,可以实时获取设备监控系统的运行数据,从而实现故障预判和及时维修。

 

3.远程操控

 

监控只是数字孪生技术的初级应用,控制才是最终级的应用场景。通过数字模型,我们将可以实现设备的远程操控。

 

 

 

在未来,远程辅助、远程操作、远程紧急命令都将成为日常管理的常用汇词。

 

4.智慧城市管理

 

未来,无人机群将为城市提供基于图像扫描的城市数字模型,街道、社区、娱乐、商业等各功能?槎冀涤惺帜P。

 

 

 

随着城市数字模型的扩充与发展,数字孪生技术将覆盖城市的每条电力线、变电站、污水系统、供水和排水系统、城市应急系统、Wi-Fi网络,高速公路,交通控制系统等所有看见或看不见的地方,而城市管理将更加轻松可控。

 

5.推动现实世界探索

 

互联网时代,搜索技术让我们得以更轻松地发现、了解和认知事物。在未来,无人机、自动驾驶汽车、传感器将取代当前网络爬虫的工作。搜索技术将变得更加复杂,我们将能够搜索气味、味道、振动、纹理、比重、反射、气压等物理世界的属性。

 

 

 

随着时间的推移,新的搜索引擎将能够在数字世界和现实世界中找到几乎所有的东西。

 

6.健康监测与管理

 

未来,我们每个人都将拥有自己的数字孪生体。

 

通过各种新型医疗检测和扫描仪器以及可穿戴设备,我们可以完美地复制出一个数字化身体,并可以追踪这个数字化身体每一部分的运动与变化,从而更好地进行健康监测和管理。

 

7.大脑活动的监控与管理

 

人脑是大自然中最复杂的产品之一,很多国家的科研人员正在试图用数字化技术找出人类大脑的思考方式。

 

 

目前,我们正在使用的各种有形的或无形的产品、服务都经历了无数次的更新迭代,数字孪生技术同样如此。

 

 

工业互联网平台激活数字孪生生命

 

随着制造业不断发展,数字孪生尽管尚未成为主流,却成为每一个数字化企业都要关注的技术。数字孪生的核心是模型和数据,但虚拟模型创建和数据分析需要专业的知识,对于不具备相关知识的人员,构建和使用数字孪生任重道远,工业互联网恰恰可以解决上述问题,通过平台实现数据分析外包、模型共享等业务。

 

具体来说,物理实体的各种数据收集、交换,都要借助工业互联网来实现,利用平台具有的资源聚合、动态配置、供需对接等优势,整合并利用各类资源,赋能数字孪生。例如,利用工业互联网平台向下将边缘侧基础设施同数字孪生体关联,向上将数据传递、存储在云端,其他用户也可以根据自身需要通过平台的服务来建立数字孪生体,可以说工业互联网平台激活了数字孪生的生命。

 

 

数字孪生助力IT与OT融合

 

工业互联网是企业数字化转型过程中关键一环,加速了IT和OT各要素的融合,数据是融合过程中最重要的粘结剂,要让IT部门和OT部门融合的更好,首先要处理好数据这项隐形的资产。另外,工业互联网正在试图打破企业的边界,试图填满IT与OT之间的各种缝隙,打造软件定义、数据驱动、模式创新的新生态,而数字孪生刚好为融合发展提供了数据和技术的接口。

 

在产品设计中,数字孪生可以展示、预测,分析数字模型和物理世界之间的互动过程。基于数字孪生的设计是基于现有物理产品的虚拟映射,研究大量数据以获取有价值的知识进行产品创新。

 

设计人员只需将需求发布到工业互联网平台,平台管理者就能就精确匹配设计人员需要的数据服务以及用于处理数据的模型和算法服务。通过调用,组合和操作这些服务,结果将返回给设计人员。IT和OT的融合以“按需付费”的方式,在工业互联网平台上悄然完成。

 

 

打造基于数字孪生的工业PP服务池

 

随着工业互联网的发展,其核心思想“数据+模型=服务”的影响不断扩大,服务在制造业中扮演着越来越重要的位置。优化服务不仅仅可以应对激烈的竞争并获得更多收入,还可以借助工业PP和微服务解决不同供应商标准协议兼容、异构系统集成等问题。

 

工业PP可以充分释放数字孪生的潜力。工业PP可以将数字孪生的各种组件分解为可由单个服务完成的子任务?,客户按需定制满足一定功能的微?,组建起一定功能的微服务组,经服务封装后,数字孪生服务发布到服务池和工业互联网平台。通过微服务,复杂虚拟模型数字孪生的每个组件都可以统一管理、共享和使用。

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