数字孪生的撑持工夫和行使场景

　　数字孪生急速成为高潮，源于数字化安排、虚拟仿真和工业互联网（工业物联网）等枢纽使能身手的振努力展与交叉调和。

　　数字化安排身手从早期的二维安排发到达三维修模，从三维线框造型进化到三维实体系型、特点造型，发作了诸如直接修模、同步修模、混杂修模等身手，以及面向开发与施工行业的开发音讯模子身手（building information modeling，BIM）。三维修模身手不但用于产物安排阶段，而且可能告竣三维工艺安排。产物的三维模子中不但征求几何音讯、装置干系，还征求PMI（产物创设音讯，征求尺寸、公差、形位公差、粗劣度和质料规格等音讯），以及欺骗这些音讯告竣MBD（基于模子的产物界说）。为了声援产物三维模子的疾捷浏览，可能从蕴涵三维工艺特点的完备三维特点模子中，抽取出仅征求几何音讯的轻量化三维模子。基于三维造型和三维显示身手，虚拟实际（VR）身手博得了振努力展，渊博用于汽车、飞机、工场等庞杂对象的虚拟体验，征求浸醉式虚拟实际体系Cave，用于产物出现和市集推行的三维陪衬身手，以及基于视景仿真的模仿驾驶身手等。近年来又发达起来加强实际身手，其特色是可能将实物模子和数字化模子调和正在一个可视化境况之中，从而告竣传感器数据的可视化，还可能举行产物操作、装拆及维修进程的三维可视化，告竣产物操作培训、维修庇护等利用。

　　虚拟仿真身手从早期的有限元阐述发到达对流场、热场、电磁场等多个物理场的仿真，多界限物理修模，对振动、碰撞、噪声、爆炸等各式物理表象的仿真，对产物的运动仿真，及质料力学、弹性力学和动力学仿真，对产物永恒运用的疲顿仿真，对全面产物的体系仿真，以及针对注塑、锻造、焊接、折弯和冲压等各式加工工艺的仿真，以及装置仿真，帮帮产物告竣团体功能最优的多学科仿真与优化，针对数控加工和工业机械人的运动仿真（此中数控仿真又可能分为仅仿真刀具轨迹，以及仿真全面工件、刀具和数控设备的运动），再有面向工场的摆设构造、产线、物流和人因工程仿真。若是从仿真的对象来分别，虚拟仿真身手可能分为产物功能仿真、创设工艺仿真和数字化工场仿真。

　　正在数字化安排身手和虚拟仿真身手发达和集成利用的进程中，发作了数字原型（digital mockup，DMU）、数字样机（digital prototyping）、虚拟样机（virtual prototype）、全功用虚拟样机（functional virtual prototype）等身手，苛重是用于告竣庞杂产物的运动仿真、装置仿真和功能仿真。通过对数字样机举行虚拟试验，可能省略物理样机和物理试验的数目，从而低浸产物研发和试造本钱，提升研爆发用。

　　另一方面，跟着传感器身手和无线世纪今后，物联网利用越来越广。除正在消费界限利用除表，为了声援高代价工业摆设的运转监控和维修庇护，工业物联网（IIoT）初步受到业界渊博体贴。IIoT搜集的数据类型和搜集频率比平凡的物联网利用高得多，而利用的数学模子和阐述措施也比平凡的物联网利用庞杂得多。

　　正在学术界的斟酌和GE、西门子等工业巨头的树范效应驱动下，数字孪生身手初步受到渊博体贴。2016年6月，正在西门子工业软件环球媒体与阐述师聚会上，西门子利用了数字孪生（digital twin）、数字主线（digital thread）等术语。

　　从数字孪生身手的发达配景可能看出，数字孪生模子是相对待其物理模子而言的。可能先创办数字孪生模子，利用数字孪生模子来举行虚拟试验，但最终仍旧要创办物理模子，通过对数字孪生的阐述，来优化物理模子的运转。

　　数字孪生身手正在各个行业有渊博的利用场景。陶飞教学团队正在《盘算机集成创设体系》2018年第1期登载的“数字孪生及其利用探究”一文中，概括了14种利用场景，然后又正在论文中先容了数字孪生正在航空航天、电力、汽车、石油自然气、康健医疗、船舶航运、都市料理、聪颖农业、开发维护、平和挽救、境况偏护等11个界限，45个细分类的利用（图1）。

　　总体而言，数字孪生正在创设业的利用远景广大。此中，产物的数字孪生利用笼盖产物的研发、工艺筹备、创设、测试、运维等各本性命周期，可能帮帮企业推动数字化营销和自帮式效劳，有帮于企业擢升庇护效劳收入，立异贸易形式；工场数字孪生正在工场安排、修造，临盆线调试、安设，工场运转监控、工业平和等方面都可能对企业带来代价；数字孪生正在供应链料理界限也可能利用，比方车间物流安排、运输道途优化等。

　　对待可以告竣智能互联的庞杂产物，特别是高端智能设备，将及时搜集的设备运转进程中的传感器数据通报到其数字孪生模子举行仿真阐述，可能对设备的康健状况和打击征兆举行诊断，并举行打击预测；若是产物运转的工况发作改。