泰西课堂丨何为数字孪生，让我们一起探索数字孪生的世界吧
今天西西要给大家介绍的是一个听起来就很高大上的概念—数字孪生 相信很多人都听说过数字孪生。近几年，这个词的热度不断攀升，频繁出现在各大峰会论坛的演讲主题之中，备受行业内外的关注。 究竟什么是数字孪生？谁提出的？它有什么价值呢？ 带着这几个问题，开始我们今天的分享吧~ 图片源于网络 “孪生”的概念起源于美国国家航空航天局的“阿波罗计划”，即构建两个相同的航天飞行器，其中一个发射到太空执行任务，另一个留在地球上用于反映太空中航天器在任务期间的工作状态，从而辅助工程师分析处理太空中出现的紧急事件。当然，这里的两个航天器都是真实存在的物理实体。 2003 年前后， 关于数字孪生（Digital Twin） 的设想首次出现于Grieves 教授在美国密歇根大学的产品全生命周期管理课程上。但是，当时“Digital Twin”一词还没有被正式提出，Grieves 将这一设想称为“Conceptual Ideal for PLM（Product Lifecycle Management）”。 PLM 中的概念设想 尽管如此，在该设想中数字孪生的基本思想已经有所体现，即在虚拟空间构建的数字模型与物理实体交互映射，忠实地描述物理实体全生命周期的运行轨迹。 直到2010 年，“Digital Twin”一词在NASA 的技术报告中被正式提出，并被定义为“集成了多物理量、多尺度、多概率的系统或飞行器仿真过程”。2011 年，美国空军探索了数字孪生在飞行器健康管理中的应用，并详细探讨了实施数字孪生的技术挑战。 （1）标准化组织中的定义 数字孪生是具有数据连接的特定物理实体或过程的数字化表达，该数据连接可以保证物理状态和虚拟状态之间的同速率收敛，并提供物理实体或流程过程的整个生命周期的集成视图，有助于优化整体性能。 （2）学术界的定义 数字孪生是以数字化方式创建物理实体的虚拟实体，借助历史数据、实时数据以及算法模型等，模拟、验证、预测、控制物理实体全生命周期过程的技术手段。 从根本上讲，数字孪生可以定义为有助于优化业务绩效的物理对象或过程的历史和当前行为的不断发展的数字资料。数字孪生模型基于跨一系列维度的大规模，累积，实时，真实世界的数据测量。 生产流程数字孪生模型（图片源于德勤大学出版社） （3）企业的定义 数字孪生是资产和流程的软件表示，用于理解、预测和优化绩效以实现改善的业务成果。数字孪生由三部分组成：数据模型，一组分析或算法，以及知识。 数字孪生早已在行业中立足，它在整个价值链中革新了流程。作为产品，生产过程或性能的虚拟表示，它使各个过程阶段得以无缝链接。 这可以持续提高效率，最大程度地降低故障率，缩短开发周期，并开辟新的商机：换句话说，它可以创造持久的竞争优势。 数字孪生中的物理对象和数字空间能够双向映射、动态交互和实时连接，因此数字孪生具备以多样的数字模型映射物理实体的能力，具有能够在不同数字模型之间转换、合并和建立“表达”的等同性。 数字孪生技术具备集成、添加和替换数字模型的能力，能够针对多尺度、多物理、多层级的模型内容进行扩展。 数字孪生技术要求数字化，即以一种计算机可识别和处理的方式管理数据以对随时间轴变化的物理实体进行表征。表征的对象包括外观、状态、属性、内在机理，形成物理实体实时状态的数字虚体映射。 数字孪生的保真性指描述数字虚体模型和物理实体的接近性。要求虚体和实体不仅要保持几何结构的高度仿真，在状态、相态和时态上也要仿真。值得一提的是在不同的数字孪生场景下，同一数字虚体的仿真程度可能不同。例如工况场景中可能只要求描述虚体的物理性质，并不需要关注化学结构细节。 数字孪生中的数字虚体，用于描述物理实体的可视化模型和内在机理，以便于对物理实体的状态数据进行监视、分析推理、优化工艺参数和运行参数，实现决策功能，即赋予数字虚体和物理实体一个大脑。因此数字孪生具有闭环性。 图片源于通用电气—蒸汽轮机的数字孪生系统 组件孪生是数字孪生的基本单元，是最小的功能组件示例。部件孪生大致相同，但属于重要性稍差一些的组件。 当两个或多个组件一起工作时，就形成了所谓的资产。资产孪生让您能够研究这些组件的交互，创建大量可处理的性能数据，然后转化成可行的洞察成果。 进一步的放大则包含系统孪生或单元孪生，能够展现不同的资产如何汇聚在一起，共同形成一个完整的功能系统。通过系统孪生，您可以看到资产之间的交互，并还可获取有关性能优化方面的建议。 流程孪生（宏观层面的放大）展现系统如何通过协同工作来建立整个生产设施。为达到最高效率，那些系统是否都同步运行？或者一个系统的延迟是否会影响其他系统？流程孪生可帮助确定最终影响整体效率的精确时间控制方案。 促进研发 效率更高 产品生命末期管理 数字孪生生命周期过程 近年来，数字孪生得到越来越广泛的传播。同时，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，数字孪生的实施已逐渐成为可能。现阶段，除了航空航天领域，数字孪生还被应用于电力、船舶、城市管理、农业、建筑、制造、石油天然气、健康医疗、环境保护等行业。特别是在智能制造领域，数字孪生被认为是一种实现制造信息世界与物理世界交互融合的有效手段。 那么如何实现数字孪生？ 三维扫描是创建此类数字孪生模型的主流方法之一，属于“现实捕获”数字化过程中的环节之一。 数字孪生既可以用庞大的数据集来构建，也能基于物体的三维扫描来完成。那这些过程在实际操作中是怎样的呢？数据集方式往往依赖于相关资产、企业资源规划（ERP）系统以及其他文件（如CAD设计草图）所生成数据训练出来的算法。有了这些数据，数字孪生就能发现输入和输出之间的关系，并利用这些发现来预测未来的生产情况。 相比之下现实捕获的数字孪生创建方式就更为简单明了。只需使用T-SCAN hawk 2 这类手持式扫描仪，多角度快速捕获中小型物体，无论是一个零件还是整个流程链的数字化，既可用于实时分析，也能作为基础用于创建全集成数字孪生。如此，便能将任何物体或结构轻松转化为数字模型，这是制作数字孪生模型的先决条件。 数字孪生作为一项关键技术和提高效能的重要工具， 可以有效发挥其在模型设计、数据采集、 分析预测、模拟仿真等方面的作用， 助力推进数字产业化、产业数字化，促进数字经济与实体经济融合发展。 数字孪生的未来有无限可能 注：部分文章内容源于2020版数字孪生应用白皮书及Artec3D埃太科三维公众号 免责声明： 本文转载自【泰西测量TOUCH】，版权归原作者所有，如若侵权请联系我们进行删除！ 易知微以自主研发的EasyV数字孪生可视化搭建平台为核心，结合WebGL、3D游戏引擎、GIS、BIM、CIM等技术，协同各个行业的生态伙伴，围绕着数字孪生技术、数字驾驶舱和行业应用，共同建设数字增强世界，帮助客户实现数字化管理，加速数字化转型。 易知微已经为3000+ 客户提供数字孪生可视化平台和应用，覆盖智慧楼宇、智慧园区、智慧城市、数字政府、数字乡村、智慧文旅、工业互联网等众多行业领域，包括国家电网、移动云、中交建、中铁建、融创、云上贵州、厦门象屿、天津火箭、上海电视台、金华防汛大脑、良渚古城遗址公园、李宁、浙江大学等典型案例！图片源于网路
利用数字孪生能够更高效地研究和设计产品，生成与潜在性能结果相关的大量数据。根据这些信息得出的洞察成果可帮助企业在开始生产之前就能进行必要的产品改进。
即使在新产品投入生产后，数字孪生也有助于真实反映和监控生产系统，以期在整个制造流程中获得和保持最高效率。
数字孪生甚至可以帮助制造商决定如何处理生命周期结束并需要通过回收或其他措施进行最终处理的产品。通过使用数字孪生，制造商能够确定哪些产品材料可以回收。用于实时管理运行和感知数据的数字孪生
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