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数字孪生如何助力制造企业向智能制造转型？
如今，数字孪生已经不只是一个概念，而是企业信息化发展的重要趋势，是企业数字化转型、数字化建设、建设数字化企业的重要支撑点。那么，到底什么是“数字孪生”？有哪些优秀的产品架构？如何去落地实践？要从模型、数据和平台本身提供的服务内容等维度来切入！
“数字模型非常重要，决定了数字孪生平台本身的价值和服务能力！” 北京德风新征程 科技 有限公司创始人、董事长兼CEO王清杰认为，不管是什么样的设备，或者生产线，最终都会通过二维或者三维模型，包括仿真模型、物理模型、状态模型、故障模型，来实现场景化的落地。
而在所有模型中，数字是决定一切的关键要素，不管是分析，还是基于人工智能的训练和学习，都离不开数据。有了丰富数据，才能进行多维度的分析、全方位的统计以及建立更有效的模型。当然，现代化的技术手段也是数字孪生应用场景变得越来越广发的一个重要推动力，比如AR和VR会让我们的物理世界和数字世界越来越接近，而基于3D技术的模型则让数字世界变得更直观、立体和全面。
换言之，在数字孪生的业务环境里，企业必须重视全生命周期的数据跟踪服务和治理能力。比如：在设计端，要让原图设计、原始数据和原始模型全部嵌入基于数字孪生的工业互联网平台里。让人、机、料、法、环测数据等整个生产环节都可以进行管理和预测。外加安全、生产和工业流程的全过程监测，以及对整个作业环境的规划管理、设备预测、故障诊断、风险预警等，对执行策略不断优化。
同时，数字孪生也可以对工业互联网架构进行反哺。通过“1234体系”，用户可以实现信息流、物流的全面打通。其中，“1”是一个基础基于数字孪生理念搭建起来，并且支撑大数据、人工智能、云计算等领先技术的工业互联网平台体系；“2”是要做工业互联网平台的两化融合，包括信息化和自动化的融合，以及IT和OT的融合；“3”是多方面的能力，包括在生产、运维和笑锋运营等不同层面，更好地为企业降本增效；“4”是指数字孪生平台可为企业提供4大应用，包括能看到企业经营管理情况的数字大脑、能为企业降本提质增效的运营管控、全方位全过程的安全监控和事故应急调度，以及产业上下游的协同。
德风的数字孪生平台，构建了覆盖全生命周期的“六能”体系，包括感知、视能、数能、图能、算能、管能。“感知碰哗晌”，是指通过感知的方式从触达各种各样的传感设备，能够把与数据相关的信息采集上来；“视能”，是通过视频或者监控设备采集数据；“数能”，即是数据能力建设，包括数据模型、机理模型能在数据全生命周期里得到最佳体现；“图能”，是通过图、数据库、云计算以及图形的方式体现；“算能”，是整个数字孪生体系有了非常好的数据，有非常好的算力和算法平台；“管能”，是通过数字孪生来提高管理效能。
总之，制造业，尤其是先进智造，已重新成为全球经济竞争的制高点，而先进智造一定需要数字经济的加持。此种背景下，先进智造成为制造业的发展方向，也成为推动数字经济与实体经济融合发展的主攻方向和关键突破口。所以，从某芦配种角度来讲，数字孪生就是先进智造的源动力。至于，时下正热的"原生"概念，是孪生在物理世界的映射，具有数据采集感知能力，但却需要依靠人脑主动决策。原生实则是物理空间本身就是信息空间，不仅可"主动"产生、存储、分析数据，而且可以自我学习和智能决策。（李代丽）
数字孪生介绍系列（一）什么是数字孪生，它和仿真有什么区别？
一、数字孪生发展背景
“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。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。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。
二、数字孪生的定义及典型特征
（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 历史携掘 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a。
（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。
三、数字孪生特征
保真性：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。
实时性：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。
互操作性：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。
闭环性：数字孪生中的数字虚体辩差核，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，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。
四、数字孪生与仿真技术的区别
仿真技术是应用仿真硬件和仿真软件通过仿真实验，借助某些数值计算和问题求解，反映系统行为或过程的模型技术庆衫，是将包含了确定性规律和完整机理的模型转化成软件的方式来模拟物理世界的方法，目的是依靠正确的模型和完整的信息、环境数据，反映物理世界的特性和参数。仿真技术仅仅能以离线的方式模拟物理世界，不具备分析优化功能，因此不具备数字孪生的实时性、闭环性等特征。
数字孪生需要依靠包括仿真、实测、数据分析在内的手段对物理实体状态进行感知、诊断和预测，进而优化物理实体，同时进化自身的数字模型。仿真技术作为创建和运行数字孪生的核心技术，是数字孪生实现数据交互与融合的基础。在此基础之上，数字孪生必需依托并集成其他新技术，与传感器共同在线以保证其保真性、实时性与闭环性。
什么是数字孪生技术?
数字孪生又称“数字双胞胎”智能制造下的数字孪生技术研究，是将工业产品、制造系统、城市等复杂物理系统智能制造下的数字孪生技术研究的结构、状态、行为罩拍、功能和性能映射到数字化的虚拟世界。
通过实时传感、连接映射、精确分析和沉浸交互来刻画、预测和控制物理系统，实现复杂系统虚实融合，使系统全要素、全过程、全价值链达到最大限度的闭环优化。
数键液字孪生的具体应用
近年来，随着5G、物联网、云计算、大数据、人工智能和混合现实等新一代信息技术的发展，数字孪生在理论层面和应用层面均取得了快速发展。数字孪生与产业技术的深度融合，有力推动了相关产业数字化、网络化和智能化的发展进程，正成为产业转型升级的强大推动力。
在工业产品研发领域，通过构建工业产品与装备的数字孪生，可以实现产品装备的服役监测和健康管理。例如，当航空飞行器在天上飞行的时候，地面的数字孪生系统就可以通过采集的飞行器实时传感数据。
精确模拟飞行器的运行状态，预测飞行器的未来性能和潜在故障等，甚至可以提前15~30天发现一些潜在的故障。数字物亮羡孪生深刻改变了未来产品的形态，未来企业交付给客户的产品将不仅仅是物理实体，而是虚实共融的孪生形态。
科普之数字孪生
吴贝言
学院：通信工程学院
学号：20012100036
【嵌牛导读】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。数字孪生是一种超越现实的概念，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。
【嵌牛鼻子】数字孪生，数字镜像，数字化映射，数字镜像模型
【嵌牛提问】数字孪生的应用
【嵌牛正文】
数字孪生是个普遍适应的理论技术体系，可以在众多领域应用，目前在产品设计、产品制造、医学分析、工程建设等领域应用较多。目前在国内应用最深入的是工程建设领域，关注度最高、研究最热的是智能制造拆旁领域。
美国国防部最早提出利用Digital Twin技术，用于航空航天飞行器的健康维护与保障。首先在数字空间建立真实飞机的模型，并通过传感器实现与飞机真实状态完全同步，这样每次飞行后，根据结构现有情况和过往载荷，及时分析评估是否需要维修，能否承受下次的任务载荷等。
数字孪生，有时候也用来指代将一个工厂的厂房及产线，在没有建造之前，就完成数字化模型。从而在虚拟的赛博空间中对工厂进行仿真和模拟，并将真实参数传给实际的工厂建设。而工房和产线建成之后，在日常的运维中二者继续进行信息交互。值得注意的是：Digital Twin不是构型管理的工具，不是制成品的3D尺寸模型，不是制成品的MBD定义。[1]
对于Digital Twin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、评估和监腔尺控。Digital Twin正是从内嵌的综合健康管伍御高理系统（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，Digital Twin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。Digital Twin可能通过激活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。
从产品全生命周期管理、工程全生命周期管理、车间管控系统几个方面梳理目前数字孪生的应用场景如下：[2]
最早，美国国家航空航天局使用数字孪生对空间飞行器进行仿真分析、检测和预测，辅助地面管控人员进行决策。[2]
Michael Grieves 教授和西门子公司主要使用数字孪生进行产品数据的全生命周期管理。利用数字孪生对产品设计、产品功能、产品性能、加工工艺、维修维护等进行仿真分析。[2]
以欧特克公司为代表的工程建设类软件供应商，将数字孪生技术应用于建筑、工厂、基础设施等建设领域，把建筑和基础设施看做产品进行全生命周期的管理。[2]
北京航空航天大陶飞等人将数字孪生应用于车间的建设和管控，主要涉及基于数字孪生的产品设计、基于数字孪生的虚拟样机、基于数字孪生的车间快速设计、基于数字孪生的工艺规划、基于数字孪生的车间生产调度优化、基于数字孪生的生产物流精准配送、基于数字孪生的车间装备智能控制、基于数字孪生的车间人机交互、基于数字孪生的装配、基于数字孪生的测试/检测、基于数字孪生的制造能耗管理、基于数字孪生的产品质量分析与追溯、基于数字孪生的故障预测与健康管理、基于数字孪生的产品服务系统等。
reference：baiduboxapp://swan/AZQtr4jkpf90T3X9QMWVLF1bkeV4LXxD/pages/lemma/lemma?lemmaTitle=%E6%95%B0%E5%AD%97%E5%AD%AA%E7%94%9FlemmaId=22197545fr=aladdin_baiduboxapp=%7B%22from%22%3A%221081000900000000%22%2C%22ext%22%3A%7B%22tplname%22%3A%22bk_polysemy%22%2C%22srcid%22%3A1547%2C%22order%22%3A%221%22%2C%22token%22%3A%22swanubc%22%2C%22searchid%22%3A%2212054588898962432503%22%2C%22third_ext%22%3A%7B%22ivkSource%22%3A%22h5_schema%22%7D%2C%22searchQueryEnc%22%3A%22_u2Hfja42ijWuDWVFmOfKxBtrKjBbM-8C_new%22%7D%7Dcallback=_bdbox_js_4476oauthType=searchsearchParams=%7B%22failUrl%22%3A%22https%3A%2F%2Fbaike.baidu.com%2Fitem%2F%25E6%2595%25B0%25E5%25AD%2597%25E5%25AD%25AA%25E7%2594%259F%2F22197545%22%2C%22logParams%22%3A%22pu%3D%24pu%26baiduid%3D%24baiduid%26tcreq4log%3D1%26isAtom%3D1%26cyc%3D1%26clk_info%3D%7B%5C%22tplname%5C%22%3A%5C%22bk_polysemy%5C%22%2C%5C%22srcid%5C%22%3A1547%2C%5C%22ivkStatus%5C%22%3A%5C%22new_ivk_success%5C%22%2C%5C%22type%5C%22%3A%5C%22xcx%5C%22%2C%5C%22naType%5C%22%3A%5C%22%5C%22%2C%5C%22ivkSource%5C%22%3A%5C%22h5_schema%5C%22%2C%5C%22xcx_path%5C%22%3A%5C%22https%25253A%25252F%25252Fvhsagj.smartapps.cn%25252Fpages%25252Flemma%25252Flemma%25253FlemmaTitle%25253D%252525E6%25252595%252525B0%252525E5%252525AD%25252597%252525E5%252525AD%252525AA%252525E7%25252594%2525259F%252526lemmaId%25253D22197545%252526fr%25253Daladdin%5C%22%2C%5C%22xcx_id%5C%22%3A%5C%22AZQtr4jkpf90T3X9QMWVLF1bkeV4LXxD%5C%22%2C%5C%22xcx_from%5C%22%3A%5C%221081000900000000%5C%22%7D%26lid%3D12054588898962432503%26l%3D1%26t%3Dzbios%26ref%3Dwww_zbios%26from%3D1099a%26order%3D1%26w%3D0_10_%E6%95%B0%E5%AD%97%E5%AD%AA%E7%94%9F%26tj%3Dbk_polysemy_1_0_10_l%26src%3Dhttps%25253A%25252F%25252Fbaike.baidu.com%25252Fitem%25252F%252525E6%25252595%252525B0%252525E5%252525AD%25252597%252525E5%252525AD%252525AA%252525E7%25252594%2525259F%25252F22197545%22%7DuseTpl=1
