广告

一文读懂什么是数字孪生?

2019-12-27 14:14:42 小枣君 阅读:
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,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?它是谁提出来的?它会给我们的生活带来什么样的改变?

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,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。YOZednc

究竟什么是数字孪生?它是谁提出来的?它会给我们的生活带来什么样的改变?YOZednc

带着这些问题,我们来看今天这篇文章:YOZednc

什么是数字孪生

数字孪生,英文名叫Digital Twin(数字双胞胎),也被称为数字映射、数字镜像。YOZednc

YOZednc

它的官方定义非常复杂,是这么说的:YOZednc

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。YOZednc

看晕了吧?其实,简单来说,数字孪生就是在一个设备或系统的基础上,创造一个数字版的“克隆体”。YOZednc

YOZednc

这个“克隆体”,也被称为“数字孪生体”。它被创建在信息化平台上,是虚拟的。YOZednc

也许你会说,这不就是电脑上的设计图纸嘛?CAD搞搞不就有了?YOZednc

其实不然。相比于设计图纸,数字孪生体最大的特点在于:它是对实体对象(姑且就称为“本体”吧)的动态仿真。也就是说,数字孪生体是会“动”的。YOZednc

而且,数字孪生体不是随便乱“动”。它“动”的依据,来自本体的物理设计模型,还有本体上面传感器反馈的数据,以及本体运行的历史数据。YOZednc

说白了,本体的实时状态,还有外界环境条件,都会复现到“孪生体”身上。YOZednc

如果需要做系统设计改动,或者想要知道系统在特殊外部条件下的反应,工程师们可以在孪生体上进行“实验”。这样一来,既避免了对本体的影响,也可以提高效率、节约成本。YOZednc

YOZednc

除了“会动”之外,理解数字孪生还需要记住三个关键词,分别是“全生命周期”、“实时/准实时”、“双向”。YOZednc

数字孪生是源自工业界的概念。在工业制造领域,有一个词叫做“产品生命周期管理(PLM)”。相信很多人都听说过。YOZednc

全生命周期,是指数字孪生可以贯穿产品包括设计、开发、制造、服务、维护乃至报废回收的整个周期。它并不仅限于帮助企业把产品更好地造出来,还包括帮助用户更好地使用产品。YOZednc

而实时/准实时,是指本体和孪生体之间,可以建立全面的实时或准实时联系。两者并不是完全独立的,映射关系也具备一定的实时性。YOZednc

双向,是指本体和孪生体之间的数据流动可以是双向的。并不是只能本体向孪生体输出数据,孪生体也可以向本体反馈信息。企业可以根据孪生体反馈的信息,对本体采取进一步的行动和干预。YOZednc

数字孪生的起源

说到“数字孪生”这个概念的发明者,行业里并没有明确的说法。YOZednc

很多人认为,数字孪生是美国密歇根大学教授Michael Grieves博士于2002年提出的。YOZednc

YOZednc

Michael Grieves博士YOZednc

但这种说法并没有书面的文献或资料可以支撑。YOZednc

Michael Grieves博士在2014年发布的文章中,曾经“追溯”自己曾经在2002年密歇根大学PLM中心一次演讲中,提及了类似数字孪生的相关概念。他还“追溯”自己曾经在2003年的一次高管培训上,提出了“物理产品的数字等同体或数字孪生体概念”。YOZednc

然而,这些都没有确凿的文献或影像资料证据。YOZednc

真正有据可查的“数字孪生”概念提出者,是美国空军研究实验室(AFRL,Air Force Research Laboratory)。YOZednc

YOZednc

AFRL徽标YOZednc

2011年3月,美国空军研究实验室结构力学部门的Pamela A. Kobryn和Eric J. Tuegel,做了一次演讲,题目是“Condition-based Maintenance Plus Structural Integrity (CBM+SI) & the Airframe Digital Twin(基于状态的维护+结构完整性&战斗机机体数字孪生)”,首次明确提到了数字孪生。YOZednc

当时,AFRL希望实现战斗机维护工作的数字化,而数字孪生是他们想出来的创新方法。YOZednc

当美国空军意识到数字孪生具有很强实用意义的同时,另一家企业也对数字孪生产生了浓厚的兴趣,它就是美国通用电气公司(GE)。YOZednc

YOZednc

美国通用电气公司(GE)YOZednc

美国通用电气公司在为美国国防部提供F-35联合攻击机解决方案的时候,发现了数字孪生体的价值。YOZednc

不知道大家是否还记得小枣君之前那篇介绍工业4.0的文章?是的,美国通用电气公司,就是美国先进制造战略(美国版的工业4.0)的主要推手。YOZednc

当时的美国通用,一直在致力于研究工业数字化,以及如何构建工业互联网体系。显然,数字孪生对工业4.0非常有用,可以说是如鱼得水。YOZednc

再后来,德国西门子(德国工业4.0的代表企业)也跟着拥抱了数字孪生,将其奉为至宝。YOZednc

2015年左右,中国也开始跟进。当时包括工业4.0研究院在内的多家国内研究机构和企业,纷纷启动了数字孪生相关的研究课题。YOZednc

从那之后,数字孪生这个概念,就开始风靡互联网和产业界,直至今日。YOZednc

数字孪生的价值

只是建了一个数字孪生体,凭什么说它会影响第四次工业革命的发展?它到底能给传统产业带来哪些好处?YOZednc

我们通过案例来解释说明一下。YOZednc

工业制造YOZednc

数字孪生起源于工业制造领域。工业制造也是数字孪生的主要战场。YOZednc

YOZednc

生产流程数字孪生模型(图片来自德勤大学出版社)YOZednc

前面我们介绍数字孪生概念的时候,其实已经提到了这块的内容。YOZednc

在产品研发的过程中,数字孪生可以虚拟构建产品数字化模型,对其进行仿真测试和验证。生产制造时,可以模拟设备的运转,还有参数调整带来的变化。YOZednc

数字孪生能够有效提升产品的可靠性和可用性,同时降低产品研发和制造风险。YOZednc

维护阶段,数字孪生也能发挥重要作用。YOZednc

正如前文所说,美国空军提出数字孪生,就是为了帮助更好地维护战斗机。YOZednc

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,可以预测维护工作的最佳时间点,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。YOZednc

数字孪生给工业制造带来了显而易见的效率提升和成本下降,使得几乎所有的工业巨头趋之若鹜。YOZednc

以美国通用公司为例。他们号称自己已经为每个引擎、每个涡轮、每台核磁共振创造了一个数字孪生体(截至2018年,GE已经拥有120万个数字孪生体)。YOZednc

YOZednc

图片来自GE官网YOZednc

通过这些拟真的数字化模型,工程师们可以在虚拟空间调试、实验,能够让机器的运行效果达到最佳。YOZednc

国内的很多工业科技企业也在数字孪生技术上有所布局,其中包括树根互联、研华科技、软通动力等。YOZednc

智慧城市YOZednc

除了工业制造之外,数字孪生和5G、智慧城市也有非常密切的关系。YOZednc

我们知道,5G将开启“万物互联”的时代,它使得人类的连接技术到了前所未有的高度。YOZednc

未来,在5G的支持下,云和端之间可以建立更紧密的连接。这也就意味着,更多的数据将被采集并集中在一起。YOZednc

这些数据,可以帮助构建更强大的数字孪生体。例如,一个数字孪生城市。YOZednc

如今,我们的城市布满了各种各样的传感器、摄像头。借助包括5G在内的物联网技术,这些终端采集的数据可以更快地被提取出来。YOZednc

在数字孪生城市中,基础设施(水、电、气、交通等)的运行状态,市政资源(警力、医疗、消防等)的调配情况,都会通过传感器、摄像头、数字化子系统采集出来,并通过包括5G在内的物联网技术传递到云端。YOZednc

城市的管理者,基于这些数据,以及城市模型,构建数字孪生体,从而更高效地管理城市。YOZednc

相比于工业制造的“产品生命周期”,城市的“生命周期”更长,数字孪生带来的回报更大。当然,城市数字孪生的部署难度也更大。YOZednc

事实上,印度海德拉巴、新加坡,还有我们中国的深圳、雄安,都已经在做这方面的摸索和尝试。大量的投资,正在涌向“智慧城市+数字孪生”的应用场景。YOZednc

YOZednc

Virtual Singapore(虚拟新加坡)计划YOZednc

阿里的“城市大脑”、“数字平行世界”,还有科大讯飞的“讯飞超脑”,都涉及到智慧城市和数字孪生的结合。YOZednc

基建工程YOZednc

基建工程也是数字孪生的一个重要应用领域。尤其是对中国这个“基建狂魔”来说,引入数字孪生意义更加重大。YOZednc

我们在修建高速公路、桥梁等基础设施前,完成对工程的数字化建模,然后在虚拟的数字空间对工程进行仿真和模拟,评估工程的结构和承受能力,还可以导入流量数据,评估工程是否可以满足投入使用后的需求。YOZednc

在工程交付之后,还可以在维护阶段评估工程是否可以承担特殊情况的压力。以及监测可能出现的事故隐患。YOZednc

除了上述领域之外,包括医疗、物流、环保等很多场景都适合采用数字孪生技术,应用场景非常广阔。YOZednc

结语

总而言之,数字孪生是一项非常有潜力的前沿技术,会给企业带来丰厚的价值回报。YOZednc

也正因为如此,很多投资机构趁机热炒数字孪生的概念,也有很多企业迫不及待想要拥抱数字孪生。YOZednc

YOZednc

根据全球知名咨询公司Gartner2019年初的调查,部署物联网的企业和组织中,已有13%应用数字孪生,62%的组织正在准备使用数字孪生。YOZednc

Gartner还将数字孪生列为2019年十大战略性技术趋势。YOZednc

但是,我们还是应该理性看待数字孪生。YOZednc

拥抱数字孪生,既需要深厚的技术沉淀,也需要巨大的资金投入,还需要管理水平和员工技能达到相应的层次。YOZednc

目前这个阶段,国内大部分企业都不具备这个条件。如果盲目跟风、仓促上马,投资很可能会血本无归。YOZednc

相对来说,潜心研究、客观评估、谨慎投入,才是打开数字孪生世界的正确姿势。YOZednc

(本文授权转载自公众号鲜枣课堂;责编:Demi Xia)YOZednc

  • 微信扫一扫
    一键转发
  • 最前沿的电子设计资讯
    请关注“电子技术设计微信公众号”
  • 深圳允许完全自动驾驶车辆上路,主驾无需坐人 据EDN电子技术设计引援央视财经报道,从8月1日开始,《深圳经济特区智能网联汽车管理条例》正式实施,智能网联汽车列入国家汽车产品目录或者深圳市智能网联汽车产品目录,这也让深圳成为了国内首个允许L3级别自动驾驶车辆合法上路的城市。
  • 我国建成开通5G基站数达185.4万个 工信部近日透露,截至2022年6月底,中国5G基站数达到185.4万个,其中二季度新增基站近30万个,已建成全球规模最大、技术领先的网络基础设施,实现“县县通5G、村村通宽带”。。
  • 俄罗斯要绕过5G直接开发6G!投资300亿卢布够吗? 在全球通信技术竞争上,中国的5G发展速度遥遥领先于其他国家,更多国家开始在6G上较劲儿。今日,“俄罗斯决定绕过5G直接开发6G网络”登上热榜,引起网友热议。
  • MIT研究人员发现了一种性能比硅更好的半导体材料 硅是地球上最丰富的元素之一,其纯净形式已成为许多现代技术的基础,从太阳能电池到计算机芯片,但硅作为半导体的特性远非理想。现在,来自 MIT、休斯顿大学和其他机构的一组研究人员发现了一种称为立方砷化硼的材料,这种材料可以克服硅的上述两个限制。其为电子和电洞提供了高迁移率,并具有优良的热导率。研究人员表示,这是迄今为止发现最好的半导体材料,在将来也可能说是最好的材料。
  • Matter智能家居应用上路 无线连接是智能家居应用和Matter规范的核心。为了符合Matter标准,业界芯片供货商正通过集成802.15.4或扩展其无线产品组合,以单芯片支持多种无线协议的实力推动智能家居应用的Matter转型…
  • 一种简单的PCB加温电路设计 加温电路的主要目的是为了在低温时,电路发挥作用为PCB板进行加热保温使其温度可以保持在器件可运行的最低温度以上,所以并不需要对温度进行精确的控制。因此制定以下方案,使用电阻与NTC温敏电阻进行分压,对一只MOS管或三极管进行控制。当温度低到一定阈值时,电阻与NTC电阻分压升高,打开加温电路,当温度回升后分压下降,降电路关闭。
  • 模拟信号是怎么转换成数字信号的? 带宽有限(band-limited) 采样频率大于2倍信号最高频率后可以无失真的恢复出原始信号。实际中,信号往往是无线带宽的,如何保证带宽有限?所以,我们在模拟信号输入端要加一个低通滤波器,使信号变成带宽有限,再使用2.5~3倍的最高信号频率进行采样。关于此我们下面将模拟数字转换过程将会看到。
  • AIoT生态发展大会智慧两轮车分论坛圆桌讨论:智慧两轮车 在AspenCore举办的“2022国际AIoT生态发展大会”上,“智慧两轮车分论坛”的圆桌讨论环节邀请到全志科技、威灵电机、发掘科技、台铃科技和灵动微电子五家两轮车市场的芯片商、方案商、系统商和整车厂,围绕“智慧两轮车市场如何弯道超车?”的主题展开了讨论。
  • 智能化、联网化趋势下,传统电动自行车企业如何价值再造 随着绿色低碳意识的提升,以及外卖与快递行业的发展,近年来电动自动车的产量及销量大幅增长。但与此同时,电动自行车的安全问题也引起全社会的关注。数据显示,2021年1-10月器期间,电动自行车电池故障引发的火灾1.4万起,包含多起人身伤亡事故,在政府的重视下,中国质量认证中心发布了智能电动车认证技术规范,希望能够用技术手段,用物联网手段降低电池的安全相关事故,能够提高电动自行车在电池和整车的安全性。电动自行车的智能化、联网化已成为刚需。
  • 美的威灵电机:两轮车电动力系统技术发展趋势与解决方案 日前,在AspenCore举办的“2022国际AIoT生态发展大会”的“智慧两轮车分论坛”上,广东威灵电机制造有限公司两轮车项目经理刘海量分享了“两轮车电动力系统技术发展趋势与解决方案”主题演讲。
  • 发掘科技:V2X场景中的两轮车方案 日前,在AspenCore举办的“2022国际AIoT生态发展大会”的“智慧两轮车分论坛”上,发掘科技战略发展总监屈博发表了“V2X场景中的两轮车方案”主题演讲。
  • 电动两轮车需要什么样的MCU方案? 电机控制器作为智慧电动两轮车的“控制中心”,操控着车辆的加速、定速巡航、能量回收。在6月29日全球领先的专业电子机构媒体AspenCore和深圳市新一代信息通信产业集群联合主办的“2022国际AIoT生态发展大会-智慧两轮车分论坛”上,专注于MCU研发和生产的灵动微电子,分享了智慧两轮车需要什么样的电机驱动芯片。
广告
热门推荐
广告
广告
EE直播间
在线研讨会
广告
广告
面包芯语
广告
向右滑动:上一篇 向左滑动:下一篇 我知道了