什么是数字孪生?它的未来如何?

数字孪生(Digital Twin)是一种超现实的概念,其又被人命名为数字镜像或者数字化映射。它的官方定义非常复杂,是这么说的: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。说起孪生,我们大多数人可能就会立马想到双胞胎、孪生兄弟姐妹之类的词。其实这样想也没有错,我们可以把数字孪生认为是数字的双胞胎。只不过数字孪生中的双胞胎,并不是完全一样的两个个体,更确切的来说,是两个系统。一个系统存在与现实的物理世界,一个系统存在与虚拟的计算机世界,并且通过智能技术,使得这个存在于虚拟世界中的系统也能以一种直观的方式让我们感知与触碰,因为物理世界是由千亿级的各类数据构成,所以在虚拟世界中的仿真就是对各类数据的仿真,即数字孪生。

那么你可能会疑惑,为什么要使用数字孪生技术仿真物理世界,有什么意义?

物理世界运载着人类以及庞大的生态系统,它的运转容不得一丝的差错,我们更是没有胆量去屡次试错。在城市病日益突出的今天,为了使得城市的运行更加的美好,人类开始尝试用各种技术手段改变现有环境。数字孪生便也在这种情况下,得到了更多的关注。我们可以在不改变原有物理世界的情况下,运用数字孪生技术,克隆出与之对应的虚拟世界,在虚拟世界中我们可以看到物理世界的角角落落,并且可以在虚拟世界中进行各种创新性尝试与改革,这样我们就可以提前知道如果这种决策运用在现实生活中是否可行。这样将大大减少了试错的成本,并且可以不断调优,使得决策更加助力与现实环境。

如今,数字孪生技术在船舶、电力、医疗等多领域都得到了广泛应用,且前景广阔。同时,数字孪生技术在文博方面的应用也已经有所实践,例如三星堆考古发掘过程运用数字孪生技术,打造数字孪生云平台,实现发掘过程的实景存档;以及国外的卢浮宫、大都会艺术博物馆、克里夫兰艺术博物馆等都接入了数字孪生管理系统。

数字孪生(Digital Twin)是一种超现实的概念,其又被人命名为数字镜像或者数字化映射。

相信很多人都听说过数字孪生,在过去几年,这个词的热度不断攀升,备受行业内外的关注。那到底什么是数字孪生?它是谁提出来的?它又会给我们的生活带来什么改变?

那么,数字孪生技术可以实现什么?

数字孪生的重要价值在于,能让智能制造真正实现落地,是链接物理世界和虚拟世界的重要桥梁。

这些物理操作的虚拟“克隆体”可以帮助组织监控操作、执行预测性维护并为相关决策提供洞察力。它们还可以帮助组织模拟那些过于耗时或昂贵,而无法使用实物资产进行测试的场景,创建长期业务计划,识别新发现并改进流程。总的来说,数字孪生提供了五个关键优势:

1.加快风险评估和生产时间:数字孪生可以帮助公司在产品问世之前对其进行虚拟测试和验证。工程师可以使用它们来识别流程故障;

2.预测性维护:组织可以使用数字孪生主动监控设备和系统,以便在它们发生故障之前安排维护,从而提高生产效率;

3.实时远程监控:用户可以远程监控和控制系统;

4.更好的团队协作:流程自动化和对系统信息的24×7全天候访问让技术人员可以将更多时间集中在协作上;

5.更好的财务决策:通过集成财务数据,组织可以使用数字孪生做出更好、更快地调整决策。

从本质上来说,数字孪生把现实世界中的物理实体,通过一系列技术映射模拟到虚拟空间中去,以实现高效科学的诊断、预测和决策。之所以要映射模拟,主要有两个原因:一是真实本体的造价昂贵,试错成本高。二是真实本体独一无二,无法物理复制。也就是说数字孪生技术对于造价昂贵、独一无二无法复制的物理实体有天然的应用价值。比如在工业制造领域,采用数字孪生技术,通过对运行数据进行连续采集和智能分析,可以预测零部件或产线工作的最佳时间点,也可以提供维护周期的参考依据。数字孪生体也可以提供故障点和故障概率的参考等。比如在智慧城市领域,数字孪生和5G、智慧城市联系非常密切。借助城市内部署的各类传感器和摄像头,以及物联网技术,这些终端数据可以很快地被提取出来,通过数字化系统采集、计算、分析后传递到云端。城市管理者基于这些数据,可以更好构建数字孪生体,从而高效管理城市。除了上述领域外,包括数字乡村、水利、电力、轨道交通、重点建筑等很多场景都适合采用数字孪生技术,应用前景非常广阔。

2021年,据泰伯网不完全统计,有15家数字孪生、时空数据相关企业完成融资,总规模超10亿元,可以说,得益于物联网、大数据、云计算、人工智能等新一代信息技术的发展,数字孪生的实施已经进入快车道,逐渐被应用于制造业、交通、医疗等多个领域。物联网、大数据等前沿技术的发展打破了数据孤岛,把物理世界的数据快速传递到数字孪生世界,帮助数字世界快速优化、意见反馈。

数字孪生已经成为了数字化的必然结果和必经之路。数字孪生所强调的与现实世界一一映射、实时交互的虚拟世界也将日益嵌入社会的生产和生活,帮助实现现实世界的精准管控,降低运行成本,提升管理效率。


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