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一文講述什么是數字孿生？

2023-08-15作者：捷碼瀏覽： 次

當前世界正處于百年未有之大變局，數字經濟在各國已成為經濟發展的重點。數字經濟也是我國社會經濟發展的必經之路。

近些年，大數據、人工智能、數字孿生等技術的發展促使技術與國內各產業進一步融合，從而推動了各產業在智能化、數字化等方面加速發展。

在未來，所有產業都可能通過數字化手段優化生產經營流程，從而提高行業效益。

在各行業的數字化轉型過程中，數字孿生是關鍵抓手。目前數字孿生理論體系已基本成熟，在工程建設、產品設計制造等行業也有了較為深入的應用。

究竟什么是數字孿生？本文將從數字孿生的發展背景、定義、特征等方面帶你了解數字孿生。



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一切從一個航天計劃說起....


這個航天計劃就是著名的“阿波羅計劃”！


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當時美國國家航空航天局計劃構建兩個相同的航天飛行器，其中一個飛到太空執行任務，另一個留在地球上用來反映太空中“兄弟”在任務中的工作狀態，從而幫忙處理工作中的緊急情況。這就是早期“孿生”概念的起源。


當然，那個時候還是想放兩個實體的航天飛行器，并不是所謂的“數字孿生”。關于數字孿生（Digital Twin）的設想首次出現于Grieves教授在美國密歇根大學的產品生命周期管理課程上。正式提出是在2010年的NASA的技術報告里，NASA在報告中把數字孿生定義為“集成了多物理量、多尺度、多概率的系統或飛行器仿真過程”，用來進行飛行器健康管理的應用。后來，美國航空航天局和美國空軍漸漸發現數字孿生的價值，就將數字孿生越來越多用于航空航天領域，比如機身設計與維修、飛行器故障預測、飛行器能力評估等等。



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數字孿生定義

什么是數字孿生呢？

數字孿生是一種虛擬模型，主要用于精確反應物理對象。數字孿生會給研究對象配備用于收集重要性參數的各種傳感器，傳感器會收集對象的性能方面的數據，并將數據轉發至處理系統并應用于數字副本。


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遠眺捷碼數字孿生可視化—智慧工廠

比如，我們想要優化工廠的生產過程并提高生產效率，我們可以創建一個數字孿生來模擬和監控工廠的運行情況。
首先，我們使用傳感器和物聯網設備來收集工廠中各個設備的數據，如溫度、濕度、機器運行狀態等。這些數據將通過網絡傳輸到云平臺進行存儲和分析。
然后，在云平臺上，我們使用數據分析和建模技術，將收集到的數據轉化為工廠的數字模型。這個數字模型是基于實際設備和工藝的虛擬表示，它反映了工廠的結構、運行規則和關聯關系。
最后，通過可視化界面，我們可以實時監測工廠的運行狀態，并與數字模型進行對比。如果發現任何異常或潛在問題，我們可以立即采取相應的措施，以避免生產中斷或質量問題。


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數字孿生特征


有人說，數字孿生不就是元宇宙嗎？


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遠眺捷碼元宇宙展廳


確實，兩者在虛擬化和模擬方面有相似之處，但卻是兩個不同的概念。

數字孿生主要用于模擬和監控現實系統，它主要基于現實中的傳感器和數據，通過構建實際系統進行仿真、監控和優化，比如農業、園區等等。


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遠眺捷碼數字孿生可視化—智慧農業

而元宇宙則是一個更加廣闊的概念，它是一個全息的、虛擬的、現實的世界。
類似我們常在影視劇里看到的平行世界，元宇宙相當于一個存在的、虛擬的平行世界，人們可以以虛擬身份參與各種活動，與其他人進行交互，探索虛擬環境，甚至進行商業交易。
元宇宙的概念更加注重人與虛擬世界的互動和體驗，以及虛擬環境的創造和拓展。而數字孿生有如下典型特征：

1、互操作性

在數字孿生中，數字空間與物理對象可以雙向映射，可以相互聯系和同步。
我們可以通過傳感器、監控設備等方法，將物理對象的數據和狀態反映到數字空間中。反過來，我們也可以通過利用數字空間中的模型和仿真來指導和優化物理對象的運行。

2、實時性

數字孿生的實時性是指數字孿生系統能夠以接近實時的方式反映和更新實際系統的狀態和數據。
通常情況下，數字孿生通過傳感器和數據采集設備來收集實際系統的數據，并將其傳輸到數字孿生系統中進行處理和分析。數字孿生系統會使用這些數據來更新數字模型，并反映實際系統的當前狀態。
實時性意味著數字孿生系統的數據更新和反饋幾乎是即時的。當實際系統發生變化時，數字孿生系統能夠快速捕捉這些變化，并實時更新數字模型。這樣，我們可以在數字孿生系統中看到實際系統的最新狀態。

3、保真性

數字孿生中的物理實體和數字虛體是非常接近的。不僅是在幾何結構的高度仿真，在狀態、時態、相態上也會仿真。數字孿生的仿真性根據不同的需要會不相同，例如工況場景中可能只要求描述虛體的物理性質，并不會關注化學結構和細節。

目前，數字孿生技術已經大面積在工業、制造業、智慧城市、醫療等領域落地應用，未來也會在更多領域發揮其獨特作用。數字孿生技術本身具有深度分析、高效決策等特點，對推動我國數字產業化進程，具有重要意義。




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