5G时代的数字孪生发展报告

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数字孪生技术的应用现状和发展趋势

数字孪生技术的应用现状和发展趋势

数字孪生技术的应用现状和发展趋势数字孪生技术是指将实物建模成数字形式,并通过模拟实现监控、分析、优化和预测等功能的技术。

它是一项集机械、电子、计算机、物理、化学、生物、医学、空间、环境等多种领域知识于一体的综合性技术,自问世以来,一直受到各行各业的关注。

本文将介绍数字孪生技术的应用现状和发展趋势。

一、数字孪生技术的应用现状1. 智能制造:数字孪生技术能够实现机器的监测、维护和预测,实现设备的智能化管理。

利用数字孪生技术可以建立一套完整的从机器到生产线再到整个工厂的数字孪生系统,实现精益生产。

2. 工程设计:数字孪生技术在工程设计领域的应用,可以在3D建模、虚拟测试、仿真验证等方面发挥重要作用,降低开发成本,缩短研发周期,提高产品质量。

3. 建筑设计:数字孪生技术可以在建筑设计领域发挥重要作用,通过数字孪生技术的应用,可以将建筑设计模型转换为数字模型,实现自动化构建、测试和优化。

4. 智慧城市:数字孪生技术的应用可以实现城市的数字化管理,从城市规划、交通管理、公共安全、环境保护等方面展现数字孪生技术的多种应用。

二、数字孪生技术发展趋势1. 发展趋势一:数字孪生技术将逐渐普及数字孪生技术的应用逐渐普及,使得很多行业都能够受益,其中包括企业的智能制造、个性化定制、高效能源、智慧物流等领域,越来越多企业将数字孪生技术应用到他们的业务中去。

2. 发展趋势二:数字孪生技术将会越来越精准随着数据的积累和技术的不断更新,数字孪生技术将会越来越精准。

这意味着更加深入的分析和更为准确的预测,从而满足客户的需求和市场的需求。

3. 发展趋势三:数据的集成和共享将会不断提升随着数据的不断积累,数据的集成和共享已经成为数字孪生技术发展的必然趋势。

这必将带来数据的更高质量和更多的信息共享,同时也应加强隐私保护等方面保证数据安全。

总结数字孪生技术的应用拓展了各个行业的发展空间,其发展趋势也在不断提高。

在数字孪生技术的运用中,需要考虑数据的安全性和用户的隐私保护。

通向数字孪生的机遇与挑战

通向数字孪生的机遇与挑战

IT&AI|信息化•智能化通向数字挛生的机遇与挑战文/董衍善■关键词:新基建工程机械数字李生工业互联网数字化转型新基建与传统的“铁公基”不同,它是结合新一轮科技革命和产业变革的特征,用新一代移动通信技术赋能,驱动整个社会进入万物互联时代。

新基建主要包括七大领域:5G、特高压、城际高速铁路和城际轨道交通、新能源汽车充电桩、大数据中心、人工智能和工业互联网。

这一轮新基建是通向数字李生世界的“数字化铁公基”,将成为新常态下国内经济发展的重要引擎。

5G与云计算、物联网、人工智能等领域深度融合,将形成新一代信息基础设施的核心能力。

新基建是推动民生建设、科技创新、绿色发展等高质量增长的路径。

作为在新老基建中都有重大表现的工程机械行业,数字化转型尤其重要。

一、新基建对工程机械行业的影响工程机械行业景气周期的延续一直受益于传统基建的推动。

经过近五年的调整,从2016年下半年的触底反弹,到2020年底已保持了50多个月的持续扩张。

以挖掘机为例.即使在疫情期间,2020年前三季度销量仍超过2019年全年,达23.65万台,同比增长32.0%。

预计国内挖掘机市场全年销量达31万台,超过全球其他市场。

国家逆周期调节让行业得享历史性机遇,景气周期拉长。

而新基建对工程机械行业显然具有深刻的影响(如表所示),但从七个领域看是不对称的。

可以从两个维度简要分析新基建对工程机械行业的影响:直接投资拉动和技术赋能。

七大领域中除高铁和轨道交通对行业有直接拉动效应外,充电桩、大数据中心、特高压也会用到一定数量的工程机械。

5G和工业互联网是工程机械行业的赋能者:“5G+工业互联网”对工程机械行业的供应链管理、生产管理、服务与备件管理等领域都会产生深刻影响,是数字化智能设备的革命性赋能者。

工程机械领域是工业互联网的主力军:主要工表新基建各领域与工程机械的关联分析★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★数字智能设备高空作业设备土建施工设备施工作业设备施工作业设备数字智能设备数字智能设备智慧施工平台施工安装设备智慧运营平台电动工程机械智慧施工平台智慧施工平台智慧施工平台2021.1知:伽105信息化•智能化I IT&AI物理:世界[单纯的工程机械制造商工程机械的成套组合方案提供商工程机械施工整体解决方案供应商数据驱动的工程机械产业生态服务平台数宇:世界:I大批量产单机制造部门级MIS+电子图板与表格;数据分散在业务中成套设备产品组合整体方案智慧服务Al、loT和工业大数数字化融合企业与客基于企业级解决方案的数据,驱动产品与服务,为客户提供组户,基于工程机械和作业数据,降低作业强度,提升效率据等驱动中联实现数字化转型,走向商业模式创新和工业互联生态合式服务图1工程机械行业发展趋势大数据、AI等新兴技术实时采集并整合工业生产中的各类数据,管理生产实践积累的知识与经验,经过数学解析和重构后形成知识图谱,推动以流程驱动的业务系统转变为数据驱动的平台应用,为工业企业提供基于数据的>新技术、新方法、新服务和新价值。

复杂系统数字孪生:数字孪生迈入智能时代

复杂系统数字孪生:数字孪生迈入智能时代

数字孪生迈入智能时代数字孪生具有不同的粒度。

XMPro将不能进一步价值拆分的数字孪生称为单元数字孪生(discrete digital twin),在设计研发阶段,数字孪生以阵列、协作、递阶的形式组合形成复杂系统孪生;在产品寿命周期演进的过程中,设计孪生逐步与制造孪生、运营孪生结合,规模和复杂程度不断增大,包含的信息不断增多,如图0-1所示。

通过采集大量物理世界的信息,结合工业物联网、云和边缘计算、AI等前沿技术,数字孪生可以体现其自学习、自适应和自判断的能力,实现P – D – P(Physical-Digital-Physical)闭环反馈学习、从企业到部件级的实时优化、综合性和灵活性强的配置和调控、预见性维护等功能,持续为企业创造价值。

图0-1 数字孪生在产品寿命周期中的演进[1]从实际出发,一步到位实现产品全寿命周期的数字孪生是不现实的,数字孪生的实现需要综合考虑价值、成本和软硬件条件,从一个或几个典型问题着手,其抽象程度应以实际用例的需求为准,实现利益增长之后再以点带面,稳步实现企业的数字化智能化建设。

但我们在本章节不妨畅想一下,当数字孪生的长期战略部署实现时,它能够带来什么样的智能化转变。

GE作为全球能源制造行业的老牌领军者,也是企业数字化道路上的先驱。

2012年率先提出工业互联网概念,2015推出了首个工业数据收集分析的工业互联网平台Predix。

本章借助GE构想的智能电厂数字孪生,介绍在产品的运营阶段,智能化数字孪生的相关前沿技术和所能创造的价值。

1 用例背景典型的IGCC(燃气– 蒸汽联合循环)结构如图1-1所示,IGCC电厂在运行过程面临着如下诸多挑战:➢系统复杂,设备众多:IGCC电厂包含煤气化设备、高/低温气体冷却(HTGC/ITGC)设备、COS水解设备、颗粒物及气体污染物移除设备、燃气轮机、蒸汽轮机、余热锅炉(HRSG)、冷凝器等等设备。

设备之间的耦合存在极强的非线性,给启动和调度带来了很大挑战。

数字生产工作总结范文(3篇)

数字生产工作总结范文(3篇)

第1篇导语】生产部作为企业发展的核心部门,其工作总结是衡量企业生产效率、产品质量和团队协作的重要依据。

以下是一篇关于生产部工作总结的范文,供大家参考。

一、工作回顾1. 生产任务完成情况在过去的一年里,生产部全体员工紧密围绕公司战略目标,按照生产计划,认真组织生产,确保了各项生产任务的顺利完成。

全年完成产品产量xx万件,同比增长xx%;产品合格率达到xx%,较上年提高xx个百分点。

2. 产品品质提升通过持续改进生产工艺、加强过程控制、提高员工技能,产品品质得到有效提升。

在内部质量审核中,产品合格率达到了xx%,较上年提高xx个百分点。

3. 设备管理加强设备维护保养,提高设备利用率,降低设备故障率。

全年设备故障率同比下降xx%,设备停机时间缩短xx%。

4. 人员培训积极开展员工培训,提高员工技能水平。

全年开展各类培训xx次,培训人数达到xx人,员工技能水平得到有效提升。

5. 安全生产认真落实安全生产责任制,加强安全生产管理,确保生产安全。

全年未发生重大安全事故,安全生产形势稳定。

二、主要工作措施1. 优化生产计划根据市场需求,合理调整生产计划,确保生产进度与质量要求。

2. 加强生产管理严格执行生产工艺,加强过程控制,提高产品质量。

3. 提高员工技能积极开展员工培训,提高员工技能水平,为生产提供有力保障。

4. 加强设备管理加强设备维护保养,提高设备利用率,降低设备故障率。

5. 强化安全生产管理认真落实安全生产责任制,加强安全生产检查,确保生产安全。

三、存在问题及改进措施1. 存在问题(1)生产计划调整不够灵活,导致生产进度与市场需求有时存在偏差;(2)部分员工技能水平有待提高;(3)设备老化,需加大设备更新力度。

2. 改进措施(1)加强市场调研,提高生产计划调整的灵活性;(2)加大员工培训力度,提高员工技能水平;(3)积极争取公司支持,加大设备更新力度。

四、展望未来在新的一年里,生产部将继续努力,紧紧围绕公司战略目标,不断提高生产效率、产品质量和团队协作,为公司发展做出更大贡献。

(2023)智慧城市_数字孪生_工业4

(2023)智慧城市_数字孪生_工业4

(2023)智慧城市_数字孪生_工业 4.0研究院:数字孪生体报告(一)(2023)智慧城市_数字孪生_工业4.0研究院:数字孪生体报告数字孪生,也被称为数字化孪生,是指在数字世界中建立与实物世界相对应的虚拟模型,通常用于模拟、优化和预测实际系统的行为和性能。

数字孪生体是数字孪生的实际实现,它是一个数字化的三维模型,准确反映了实际物体或系统的属性和特征。

数字孪生体的应用范围非常广泛,在智慧城市、智能制造、交通、医疗等领域都有应用。

以下是数字孪生体应用的几个案例:智慧城市•通过数字孪生技术建立城市的数字化模型,可实现城市规划、交通管理、环境监测等的精细化管理;•针对城市交通拥堵,通过数字孪生体的虚拟仿真,优化交通管理措施。

智能制造•数字孪生体可用于模拟车间生产流程,提高生产效率;•通过数字孪生技术,实现对设备的精准诊断和预测维护,减少停机时间和维修成本。

交通领域•数字孪生体可用于建立道路、桥梁等基础设施的数字化模型,提高交通管理精细化程度;•对于城市公交车辆管理,数字孪生体可模拟车辆性能和油耗情况,提高公交运行效率。

医疗领域•数字孪生技术可用于模拟手术场景,帮助医生规划手术流程;•数字孪生体可用于模拟人体器官的运行情况,帮助医生制定更加科学合理的治疗方案。

总体来说,数字孪生体是数字孪生技术的重要应用形式,它为实际场景提供了虚拟化的解决方案,可以提高管理、生产和治疗的精细化和效率。

随着智慧城市、智能制造、交通和医疗领域的不断发展,数字孪生体的应用前景也越来越广阔,将成为数字化时代的重要工具和支撑。

在智慧城市领域,数字孪生体的应用也越来越受到重视。

数字孪生体可以建立城市的数字化模型,包括城市规划、交通流量管理、环境监测等多方面。

数字孪生技术可以将实际场景建模和数字仿真相结合,从而提高管理和治理决策的精细化程度和效率。

例如,数字孪生技术可以帮助城市规划部门设计和优化城市交通路网,提高交通流动性,减少交通拥堵。

数字孪生的发展与应用

数字孪生的发展与应用

数字孪生的发展与应用目录一、数字孪生的发展 (2)二、数字孪生的定义 (2)三、数字孪生标准体系框架 (4)3.1数字孪生基础共性标准 (5)3.2数字孪生关键技术标准 (6)3.3数字孪生工具/平台标准 (6)3.4数字孪生测评标准 (7)3.5数字孪生安全标准 (7)四、数字孪生五维模型 (8)五、多行业、多领域应用 (9)六、数字孪生航空航天领域应用 (11)6.1数字孪生卫星/空间通信网络 (11)6.2航天飞行器数字孪生技术及仿真平台 (12)6.3航空发动机低压涡轮单元体对接术 (13)6.4航空发动机全生命周期管理 (16)6.5航天器系统工程模型与实现 (18)6.6单机质量监控技术研究 (20)6.7火箭起飞安全系统设计 (21)6.8航空发动机运行维护中的应用 (24)6.9数字孪生驱动的固体发动机总体设计体系架构与应用 (25)6.10航空发动机智能生产线中的应用 (27)七、数字孪生的趋势 (30)一、数字孪生的发展数字孪生的概念最初于2003年由Grieves教授在美国密歇根大学产品生命周期管理课程上提出,早期主要被应用在军工及航空航天领域.如美国空军研究实验室、美国国家航空航天局(NASA)基于数字孪生开展了飞行器健康管控应用,美国洛克希德马丁公司将数字孪生引入到FG35战斗机生产过程中,用于改进工艺流程,提高生产效率与质量。

由于数字孪生具备虚实融合与实时交互、迭代运行与优化、以及全要素/全流程/全业务数据驱动等特点,目前已被应用到产品生命周期各个阶段,包括产品设计、制造、服务与运维等。

随着美国工业互联网、德国工业4.0、及中国制造2025等国家层面制造发展战略的提出,智能制造已成为全球制造业发展的共同趋势与目标.数字孪生作为解决智能制造信息物理融合难题和践行智能制造理念与目标的关键使能技术,得到了学术界的广泛关注和研究,并被工业界引入到越来越多的领域进行落地应用。

二、数字孪生的定义数字孪生(digital twin)是以数字化方式创建物理实体的虚拟模型,借助数据模拟物理实体在现实环境中的行为,通过虚实交互反馈、数据融合分析、决策迭代优化等手段,为物理实体增加或扩展新的能力。

26938784_数字孪生技术发展现状及其在水下无人系统中的应用展望

26938784_数字孪生技术发展现状及其在水下无人系统中的应用展望

第30卷第2期 水下无人系统学报 Vol.30No.22022年4月JOURNAL OF UNMANNED UNDERSEA SYSTEMS Apr. 2022收稿日期: 2021-10-14; 修回日期: 2021-11-16.通信作者简介: 郭 君(1980-), 男, 博士, 高级工程师, 主要从事系统、结构、流体、振动、噪声等领域的设计、仿真及试验研究.[引用格式] 张宁, 郭君, 尹韶平, 等. 数字孪生技术发展现状及其在水下无人系统中的应用展望[J]. 水下无人系统学报, 2022,30(2): 137-146.数字孪生技术发展现状及其在水下无人系统中的应用展望张 宁, 郭 君*, 尹韶平, 高智勇(中国船舶集团有限公司 第705研究所, 陕西 西安, 710077)摘 要: 为填补数字孪生技术在水下无人系统行业应用的空白, 文章首先对数字孪生技术的发展历程以及国内外发展现状进行了介绍, 分析了数字孪生技术的特点; 其次讨论了水下无人系统数字孪生技术的内涵与关键技术, 从标准体系、设计、试验、制造加工以及运行维护等不同角度对水下无人系统行业的数字孪生技术发展应用进行了展望; 最后结合泵台试验给出了水下无人系统数字孪生技术的典型应用案例。

研究结果可为数字孪生技术在水下无人系统行业的进一步应用提供参考。

关键词: 水下无人系统; 数字孪生; 泵台中图分类号: TJ630.33; U662.9 文献标识码: R 文章编号: 2096-3920(2022)02-0137-10 DOI: 10.11993/j.issn.2096-3920.2020.04.001Development of Digital Twin Technology and Its Application Prospectin Unmanned Undersea SystemZHANG Ning , GUO Jun *, YIN Shao-ping , GAO Zhi-yong(The 705 Research Institute, China State Shipbuilding Corporation Limited, Xi’an 710077, China)Abstract: To fill the gap of digital twin technology in the unmanned undersea system industry, this paper introduces the development process and status of digital twin technology at home and abroad and summarizes the characteristics. Sub-sequently, the connotation and key technologies of applying digital twins in unmanned undersea systems are discussed. The development and application of digital twin in the unmanned undersea system industry are prospected from different perspectives, including standard systems, design, testing, manufacturing, and operations. Finally, a typical application case of digital twin technology in an unmanned undersea system is presented based on a pump bench test. The results can provide a reference for the further application of digital twin technology in the unmanned undersea system industry. Keywords: unmanned undersea system; digital twin; pump platform0 引言随着现代电子信息技术的蓬勃发展, 社会生产力和生产关系产生了巨大的变革, 人类社会经济结构也随之产生了质的飞跃。

年度总结新名词(3篇)

年度总结新名词(3篇)

第1篇一、引言随着科技的飞速发展和社会的进步,新名词层出不穷,它们不仅丰富了我们的语言表达,也反映了时代的变迁和社会的发展。

本文将对年度总结中涌现的新名词进行梳理,分析其产生的原因、影响以及未来发展趋势。

二、新名词的来源与特点1. 科技领域(1)元宇宙(Metaverse):指通过虚拟现实、增强现实等技术,构建一个与现实世界相对应的虚拟世界,用户可以在其中进行社交、娱乐、工作等活动。

(2)区块链(Blockchain):一种分布式数据库技术,具有去中心化、不可篡改等特点,被广泛应用于金融、供应链、版权保护等领域。

(3)人工智能(Artificial Intelligence,AI):模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统,包括机器学习、深度学习、自然语言处理等。

2. 社会领域(1)宅经济(Stay-at-Home Economy):指以居家生活为核心的经济形态,如线上购物、远程办公、在线教育等。

(2)零工经济(Gig Economy):指以自由职业、兼职、临时工等形式,通过互联网平台进行工作的一种经济模式。

(3)共享经济(Sharing Economy):指通过互联网平台,实现资源、物品、空间、技能等的共享,降低成本,提高效率。

3. 文化领域(1)国潮(National Wave):指以中国传统文化为基础,融合现代元素,呈现出的一种时尚潮流。

(2)网红(Internet Celebrity):指在互联网上拥有大量粉丝,具有较高知名度和影响力的个人。

(3)短视频(Short Video):指时长较短的视频内容,以抖音、快手等平台为代表,迅速成为人们获取信息、娱乐、社交的重要途径。

三、新名词产生的原因1. 科技进步:随着互联网、大数据、人工智能等技术的快速发展,新名词的产生与传播速度大大加快。

2. 社会变革:经济全球化、人口老龄化、城市化进程等社会变革,催生了大量新名词。

3. 文化融合:不同文化之间的交流与碰撞,促使新名词的产生。

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数字孪生,复制同一个你5G 时代的数字孪生发展报告摘要:●数字孪生是一种多维动态的数字映射,可大幅提高效能。

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,在虚拟空间中完成对现实体的复制(映射),从而反映物理实体的全生命周期过程。

数字孪生以数字化方式为物理对象创建虚拟模型,进而模拟其在现实环境中的行为;通过搭建和整合制造流程的虚拟生产系统,实现从产品设计、生产计划到制造执行的生产全过程数字化,将产品创新能力、制造效率和有效性水平提升到全新高度。

●数字孪生应用场景庞大,彰显独特价值。

数字孪生应用非常丰富。

将数字孪生应用于生产流程则能够事半功倍,提前预见问题并帮助解决;将数字孪生技术应用到智慧城市管理上,会让城市更安全,包括街道、社区、娱乐、商业,甚至是电力线、变电站、污水系统、供水排水系统等,都会有数字孪生体,从而更轻松便捷地监控管理城市的每个地方;将数字孪生技术用在大脑研究上,还可以帮助治疗脑部疾病患者。

在数字时代的未来,数字孪生将完全改变我们发现、认知和改造世界的方式,在未来世界大有可为。

●数字孪生,5G 应用落地强风口。

数字孪生是5G 赋能产业链上的重要一环。

数字孪生作为5G 衍生应用,加速了物联网的成型和物联网设备数字化,这与5G 三大场景之一的万物互联需求强耦合。

此外,数字孪生还是5G 推动工业互联网发展过程中的助燃剂,5G 时代数字孪生不可或缺。

目录1.揭秘数字孪生,不仅仅是复制 (3)1.1.数字孪生,数字形式的双胞胎 (3)1.2.数字孪生下,物理世界与数字世界的交互 (3)1.3.数字孪生技术优势明显 (4)1.3.1.使生产更便捷,创新速度更快,生产周期更短 (4)1.3.2.更全面的测量、分析和预测能力 (5)1.3.3.数字孪生帮助经验数字化 (6)2.数字纽带为数字孪生体提供访问、整合和转换能力 (6)3.信息物理系统为数字孪生保驾护航 (8)3.1.信息物理系统是工业 4.0 的核心 (8)3.2.数字孪生是信息物理系统的核心关键技术 (9)4.数字孪生,5G 应用落地强风口 (9)5.数字孪生其他应用场景丰富 (11)5.1.数字孪生帮助制造业效能大幅提升 (11)5.1.1.预见设计质量和制造过程 (11)5.1.2.推进设计和制造高效协同 (11)5.1.3.确保设计和制造准确执行 (11)5.1.4.数字孪生助力数字孪生车间示例 (12)5.2.数字孪生技术应用场景畅想 (13)6.小结:不可或缺的数字孪生 (15)1.揭秘数字孪生,不仅仅是复制1.1.数字孪生,数字形式的双胞胎孪生,即双胞胎;数字孪生,顾名思义,就是数字形式的双胞胎。

在“数字孪生”中,一个是存在于现实世界的实体,它小到一个零件,大到一个工厂、城市,简单如一个螺丝,复杂如人体的结构;而另一个是虚拟的、数字化的,是利用数字化技术营造的与现实世界对称的数字化镜像。

这个数字孪生体,不仅是对现实实体的虚拟再现,还可以模拟对象在现实环境中的行为。

如果以家用电脑为例,Word 文档和打印出来的文稿就是“数字孪生”。

以导航软件为例,城市中的实体道路和软件中的虚拟道路也是“数字孪生”。

图 1:数字孪生技术产生的汽车 3D 模型数据来源:“数字孪生城市”白皮书1.2.数字孪生下,物理世界与数字世界的交互数字孪生是将物理对象以数字化方式在虚拟空间呈现,模拟其在现实环境中的行为特征。

由于二者形成了一个闭环的互动,现实与虚拟之间的鸿沟不再。

在物理世界与数字世界的交互过程中,有五大支持和驱动要素,分别是物理世界的传感器和促动器、集成、数据和分析,以及持续更新的数字孪生应用程序。

图 2:生产流程数字孪生模型数据来源:德勤大学出版社图2 中呈现了在数字孪生中从物理世界到数字世界再回到物理世界的过程。

这一过程涉及到传感器、促动器、数据、集成、分析这些要素。

其中,传感器负责发出信号,数字孪生通过这些信号获取与实际流程相关的运营和环境数据;数字孪生涉及到达数据除了传感器信号提供的数据,还包括企业数据(如物料清单、企业系统、设计规范)、工程图纸、外部数据源连接以及客户投诉记录等;集成是指传感器借助集成技术(如边缘计算、通信接口和安全)达成物理世界与数字世界之间的数据传输;分析是指数字孪生利用分析技术开展算法模拟和可视化程序,进而分析数据,提供洞见;促动器的作用是开展实际行动和推进实际流程的开展,当分析结果确定应当采取实际行动,数字孪生将在人工干预的情况下开启促动器。

1.3.数字孪生技术优势明显自数字孪生概念提出以来,该技术在不断的快速演化,无论是对产品的设计、制造还是服务,都产生了巨大的推动作用。

1.3.1.使生产更便捷,创新速度更快,生产周期更短数字孪生通过设计工具、仿真工具、物联网、虚拟现实等各种数字化的手段,将物理设备的各种属性映射到虚拟空间中,形成可拆解、可复制、可转移、可修改、可删除、可重复操作的数字镜像,这极大的加速了操作人员对物理实体的了解,可以让很多原来由于物理条件限制、必须依赖于真实的物理实体而无法完成的操作,如模拟仿真、批量复制、虚拟装配等,成为触手可及的工具,更能激发人们去探索新的途径来优化设计、制造和服务。

我们举个例子来说,所有的产品概念都产生于人的大脑,最早只是大脑里的一个抽象的,模糊的概念。

要把这样一个概念变成真真切切的产品,是非常困难的。

在没有数字化模型帮助的情况下,要制造出一件产品,必然会经历很多次迭代设计。

仅仅为了验证产品的每一个尺寸,部件之间的装配关系,就不得不制造出很多个中间产品(被称为打样),从而耗费大量的时间和金钱。

采用了数字化模型的设计技术,就可以在虚拟的三维数字空间里从无到有地创造出每一个部件乃至产品本身。

在虚拟的三维空间里,可以轻松地修改部件和产品的每一处尺寸和装配关系,这使得几何结构的验证工作和装配可行性的验证工作大为简单,因此可以大幅度减少迭代过程中的物理样机的制造次数,时间,成本。

1.3.2.更全面的测量、分析和预测能力数字孪生技术,可以借助于物联网和大数据技术,通过采集有限的物理传感器指标的直接数据,并借助大样本库,通过机器学习推测出一些原本无法直接测量的指标。

例如我们可以利用润滑油温度、绕组温度、转子扭矩等一系列指标的历史数据,通过机器学习来构建不同的故障特征模型,间接推测出发电机系统的健康指标。

现有的产品生命周期管理,很少能够实现精准的预测,因此往往无法对隐藏在表象下的问题提前进行预判。

而数字孪生可以结合物联网的数据采集、大数据的处理和人工智能的建模分析,实现对当前状态的评估、对过去发生问题的诊断,以及对未来趋势的预测,并给予分析的结果,模拟各种可能性,提供更全面的决策支持。

1.3.3.数字孪生帮助经验数字化在传统的工业设计、制造和服务领域,经验往往是一种模糊而很难把握的形态,很难将其作为精准判决的依据。

而数字孪生的一大关键进步,是可以通过数字化的手段,将原先无法保存的专家经验进行数字化,并提供了保存、复制、修改和转移的能力。

例如,针对大型设备运行过程中出现的各种故障特征,可以将传感器的历史数据通过机器学习训练出针对不同故障现象的数字化特征模型,并结合专家处理的记录,将其形成未来对设备故障状态进行精准判决的依据,并可针对不同的新形态的故障进行特征库的丰富和更新,最终形成自治化的智能诊断和判决。

2.数字纽带为数字孪生体提供访问、整合和转换能力数字纽带是一种可扩展、可配置的企业级分析框架。

在整个系统的生命周期中,通过提供访问、整合以及将不同/分散数据转换为可操作信息的能力来通知决策制定者。

产品数字孪生体包含 4 个主要特征。

1)是产品物理实体在信息空间中集成的仿真模型和全生命周期的数字2)是通过与产品物理实体之间不断进行数据和信息交互而完善;3)最终表现形式是产品物理实体的完整、精确数字化描述;4)可用来模拟、监控、诊断、预测和控制产品物理实体在现实物理环境中的形成过程和状态。

数字纽带和数字孪生体两者之间的关系:数字纽带为产品数字孪生体提供访问、整合和转换能力,其目标是贯通产品生命周期和价值链,实现全面追溯、双向共享/交互信息、价值链协同。

由此可见,产品数字孪生体是对象、模型和数据,而数字纽带是方法、通道、链接和接口。

通过数字纽带交换、处理产品数字孪生体的相关信息。

图 3:数字纽带为产品数字孪生体提供访问、整合和转换能力数据来源:数字孪生智能技术产业协会我们以产品的设计和制造过程为例,来说明数字孪生体和数字纽带在实际应用中的关系。

如下图 4 所示,仿真分析模型的参数可以传递到产品定义的全三维模型,再传递到数字化生产线加工/装配成真实的物理产品,继而通过在线的数字化检验/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。

通过数字纽带实现了产品生命周期阶段间的模型和关键数据双向交互,使得产品生命周期各阶段的模型保持一致,最终实现了闭环的产品全生命周期数据管理和模型管理。

图 4:数字孪生体和数字纽带的应用示例数据来源:数字孪生智能技术产业协会3.信息物理系统为数字孪生保驾护航3.1.信息物理系统是工业4.0 的核心信息物理系统,简称CPS,是工业4.0 的核心。

在这个系统中,信息指软件,物理指硬件,软件的信息化+硬件的自动化=信息物理系统的智能化。

信息物理系统(CPS)综合了计算、通信、控制、网络和物理环境,以大数据、网络与海量计算为依托,运用3C 技术,把人、机、物互联,实体与虚拟对象双向连接。

CPS 内涵中的虚实双向动态连接,有两个步骤:1)虚拟的实体化,如设计一件产品,先进行模拟、仿真,然后再制造出来;2)实体的虚拟化,实体在制造、使用、运行的过程中,把状态反映到虚拟端去,通过虚拟方式进行监控、判断、分析、预测和优化。

图 5:信息物理系统的 3C 技术数据来源:中国数字孪生高峰论坛,国泰君安证券研究3.2.数字孪生是信息物理系统的核心关键技术CPS 通过构筑信息空间与物理空间数据交互的闭环通道,能够实现信息虚体与物理实体之间的交互联动。

数字孪生体的出现为实现 CPS 提供了清晰的思路、方法及实施途径。

以物理实体建模产生的静态模型为基础,通过实时数据采集、数据集成和监控,动态跟踪物理实体的工作状态和工作进展(如采集测量结果、追溯信息等),将物理空间中的物理实体在信息空间进行全要素重建,形成具有感知、分析、决策、执行能力的数字孪生体。

因此,从这个角度看,数字孪生是CPS 的核心关键技术。

图 6:数字孪生是 CPS 的核心关键技术数据来源:中国数字孪生高峰论坛,国泰君安证券研究4.数字孪生,5G 应用落地强风口数字孪生是5G 物联网时代的一个重要场景应用。

5G 网络的场景应用包括:eMBB(高带宽)、mMTC(大联接)、URLLC(高可靠&低延迟)。

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