较早,数字孪生思想命名为“信息镜像模型”(Information Mirroring Model),而后演变为“数字孪生”的术语。数字孪生也被称为数字双胞胎和数字化映射。数字孪生是在 MBD 基础上深入发展起来的,企业在实施基于模型的系统工程(MBSE)的过程中产生了大量的物理的、数学的模型,这些模型为数字孪生的发展奠定了基础。2012 年 NASA 给出了数字孪生的概念描述:数字孪生是指充分利用物理模型、传感器、运行历史等数据,集成多学科、多尺度的仿真过程,它作为虚拟空间中对实体产品的镜像,反映了相对应物理实体产品的全生命周期过程。为了便于数字孪生的理解,提出了数字孪生体的概念,认为数字孪生是采用信息技术对物理实体的组成、特征、功能和性能进行数字化定义和建模的过程。数字孪生体是指在计算机虚拟空间存在的与物理实体完全等价的信息模型,可以基于数字孪生体对物理实体进行仿真分析和优化。数字孪生是技术、过程、方法,数字孪体是对象、模型和数据。数字孪生较重要的价值是预测。青海智慧园林平台
数字孪生的研究现状: 2003年提出了“物理产品的数字表达”的概念,并指出物理产品的数字表达应能够抽象的表达物理产品,能够基于数字表达对物理产品进行真实条件或模拟条件下的测试。这个概念虽然没有被称作数字孪生,但是它具备数字孪生所具有的组成和功能,即创建物理实体的等价虚拟体,虚拟体能够对物理实体进行仿真分析和测试,可以被看做是数字孪生在产品设计过程中的应用。 2012 提出了 MBD(基于模型的定义)和 MBE(基于模型的企业)的概念,其关键思想是要创建企业和产品的数字模型,数字模型的仿真分析要贯穿产品设计、产品设计仿真、加工工艺仿真、生产过程仿真、产品的维修维护等整个产品的寿命周期。MBE 和 MBD 的概念将数字孪生的内涵扩展到了整个产品的制造过程。上海电网数字孪生厂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。
数字孪生的含义: 对于的极端需求,同时也将驱动着新材料开发,而所有可能影响到装备工作状态的异常,将被明确地进行考察、评估和监控。正是从内嵌的综合健康管理系统(IVHM)集成了传感器数据、历史维护数据,以及通过挖掘而产生的相关派生数据。通过对以上数据的整合,可以持续地预测装备或系统的健康状况、剩余使用寿命以及任务执行成功的概率,也可以预见关键安全事件的系统响应,通过与实体的系统响应进行对比,揭示装备研制中存在的未知问题。可能通过自愈的机制或者建议更改任务参数来减轻损害或进行系统的降级,从而提高寿命和任务执行成功的概率。
数字孪生与Digital Thread: 是与Digital Thread,既相互关联,又有所区别的一个概念。 是一个物理产品的数字化表达,以便于我们能够在这个数字化产品上看到实际物理产品可能发生的情况,与此相关的技术包括增强现实和虚拟现实。Digital Thread在设计与生产的过程中,仿真分析模型的参数,可以传递到产品定义的全三维几何模型,再传递到数字化生产线加工成真实的物理产品,再通过在线的数字化检测/测量系统反映到产品定义模型中,进而又反馈到仿真分析模型中。数字孪生就是在云端搭建一个和实际场景一样的虚拟现实环境,把实际环境的变化映射到虚拟现实场景中。
数字孪生技术路径可以用在新开发或正在改进的机器、设备或生产线上,即尽量在数字空间中,针对有待改进的机器、设备或生产线,做好它们的数字孪生体,施加并测试各种数字化的工况条件,随意变换工作场景,以近乎零成本对这些数字孪生体进行虚拟测试和反复迭代,待一切测试结果都满足了设计与改进目的之后,再在实际的机器、设备或生产线上进行实测,这样可以大幅度减少对物理实体测试环境的依赖和损耗,减少或避免可能出现的环境污染或人体伤害。较终通过一两次迭代就能实现对实体机器设备的改进。数字孪生可以被视为一个或多个重要的、彼此依赖的装备系统的数字映射系统。江苏智慧城市数字孪生服务
数字孪生体是指在计算机虚拟空间存在的与物理实体完全等价的信息模型。青海智慧园林平台
制造阶段的数字孪生: 在产品的制造阶段,利用数字孪生可以加快产品导入的时间,提高产品设计的质量、降低产品的生产成本和提高产品的交付速度。 产品阶段的数字孪生是一个高度协同的过程,通过数字化手段构建起来的虚拟生产线,将产品本身的数字孪生同生产设备、生产过程等其他形态的数字孪生高度集成起来,实现生产过程仿真:在产品生产之前,就可以通过虚拟生产的方式来模拟在不同产品、不同参数、不同外部条件下的生产过程,实现对产能、效率以及可能出现的生产瓶颈等问题的提前预判,加速新产品导入的过程。青海智慧园林平台
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