數(shù)字孿生是跨越其生命周期的對象或系統(tǒng)的虛擬表示，從實時數(shù)據(jù)更新，到使用仿真、機器學習和推理來幫助決策。
一、數(shù)字孿生技術的歷史
1991年，耶魯大學計算機科學教授DavidGelernter首次提出了數(shù)字孿生的概念。然而，密歇根大學MichaelGrieves博士被認為是2002年首次將數(shù)字孿生概念應用于制造業(yè)，并正式宣布了數(shù)字孿生的軟件概念。最終，美國國家航空航天局的技術專家JohnVickers在2010年引入了數(shù)字孿生這個術語。
二、數(shù)字孿生技術的工作原理
數(shù)字孿生是一種虛擬模型，旨在準確反映物理對象。研究對象（例如風力渦輪機）配備了與重要功能領域相關的各種傳感器。這些傳感器產(chǎn)生有關物理對象性能不同方面的數(shù)據(jù)（例如能量輸出、溫度、天氣條件等），然后將該數(shù)據(jù)轉發(fā)到處理系統(tǒng)并應用于數(shù)字副本。
一旦獲得此類數(shù)據(jù)，虛擬模型可用于運行模擬、研究性能問題并帶來可能的改進，所有這些都是為了產(chǎn)生有價值的見解，然后可以將其應用回原始物理對象。
三、數(shù)字孿生技術的類型
根據(jù)產(chǎn)品放大倍數(shù)的不同，有多種類型的數(shù)字孿生。這對數(shù)字孿生最大的區(qū)別在于應用領域。不同類型的數(shù)字孿生在系統(tǒng)或流程中共存是很常見的。以下通過數(shù)字孿生的類型來了解差異以及它們的應用方式。
1、組件孿生/零件孿生
組件孿生是數(shù)字孿生的基本單元，是功能組件的最小示例。零件孿生也大致相同，但屬于不太重要的組件。
2、資產(chǎn)孿生
當兩個或多個組件一起工作時，它們就形成了所謂的資產(chǎn)。資產(chǎn)孿生讓企業(yè)可以研究這些組件的交互，創(chuàng)建大量可以處理的性能數(shù)據(jù)，然后轉化為可操作的步驟。
3、系統(tǒng)孿生或單元孿生
下一級別的放大將涉及系統(tǒng)孿生或單元孿生，這使人們能夠看到不同的資產(chǎn)如何組合在一起形成一個完整的功能系統(tǒng)。系統(tǒng)孿生提供有關資產(chǎn)交互的可見性，并可能建議性能增強。
4、過程孿生
過程孿生（放大的宏觀層面）揭示了系統(tǒng)如何協(xié)同工作以創(chuàng)建整個生產(chǎn)設施。這些系統(tǒng)是否都同步以最高效率運行，或者一個系統(tǒng)的延遲會影響其他系統(tǒng)？流程孿生可以幫助確定最終影響整體效率的精確時序方案。
四、數(shù)字孿生技術的優(yōu)點
1、更好地研發(fā)
使用數(shù)字孿生可以更有效地研究和設計產(chǎn)品，并創(chuàng)建大量關于性能結果的數(shù)據(jù)。這些信息可以幫助企業(yè)在開始生產(chǎn)前對產(chǎn)品進行必要的改進。
2、更高的效率
即使在新產(chǎn)品投入生產(chǎn)之后，數(shù)字孿生也可以幫助鏡像和監(jiān)控生產(chǎn)系統(tǒng)，著眼于在整個制造過程中實現(xiàn)和保持最高效率。
3、處理工作壽命結束的產(chǎn)品
數(shù)字孿生甚至可以幫助制造商決定如何處理工作壽命結束的產(chǎn)品，并需要通過回收或其他措施進行最終處理。通過使用數(shù)字孿生，他們可以確定能夠回收哪些材料。
五、數(shù)字孿生技術的應用
數(shù)字孿生技術已廣泛用在以下應用場合中：
1、智慧實驗室
數(shù)字孿生技術的迅猛發(fā)展，為當代智能化實驗室建設提供了堅實的技術支撐。通過數(shù)字孿生結合物聯(lián)網(wǎng)及大數(shù)據(jù)技術，建設智慧實驗室環(huán)境設施管理平臺，集成實驗室子系統(tǒng)通過可視化技術呈現(xiàn)各專業(yè)狀態(tài)及數(shù)據(jù)，其對建筑的節(jié)能降耗、安全性能和系統(tǒng)運行有效性的提高以及可視化展示等方面具有積極的意義。
2、發(fā)電設備
大型發(fā)動機（包括噴氣發(fā)動機、機車發(fā)動機和發(fā)電渦輪機）從數(shù)字孿生的使用中受益匪淺，特別是在幫助建立定期維護的時間表方面。
3、物理結構及其系統(tǒng)
大型建筑物或海上鉆井平臺等大型物理結構可以通過數(shù)字孿生進行改進，尤其是在設計過程中。也可用于設計在這些結構內(nèi)運行的系統(tǒng)，例如HVAC系統(tǒng)。
4、制造業(yè)務
由于數(shù)字孿生旨在反映產(chǎn)品的整個生命周期，因此數(shù)字孿生在制造的各個階段無處不在，指導產(chǎn)品從設計到成品以及其間的所有步驟也就不足為奇了。
5、醫(yī)療保健服務
正如可以通過使用數(shù)字孿生對產(chǎn)品進行分析一樣，接受醫(yī)療保健服務的患者也可以采用數(shù)字孿生。相同類型的傳感器生成數(shù)據(jù)系統(tǒng)可用于跟蹤各種健康指標并生成關鍵見解。
6、汽車行業(yè)
汽車是許多類型的復雜、協(xié)同工作的系統(tǒng)，數(shù)字孿生廣泛應用于汽車設計中，既可以提高汽車性能，也可以提高生產(chǎn)效率。
7、城市規(guī)劃
土木工程師和其他參與城市規(guī)劃活動的人員可以通過使用數(shù)字孿生得到了極大的幫助，數(shù)字孿生可以實時顯示3D和4D空間數(shù)據(jù)，還可以將增強現(xiàn)實系統(tǒng)納入建筑環(huán)境。
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