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。简单说,数字孪生就是在设备或系统的基础上创造一个数字版的“克隆体”。
GE公司已经拥有了120万个数字孪生体,可以处理30万种不同类型的设备资产。
三、数字孪生的价值
§ 工业制造
数字孪生技术可以在网络空间中复现产品和生产系统,并使产品和生产系统的数字空间模型和物理空间模型处于实时交互中,二者之间能够及时地掌握彼此的动态变化并实时地做出响应,为实现智能制造提供了有力的保障,同时也进一步加速了智能制造与工业互联网、物联网融合。
近年来,数字孪生这一前沿技术已经得到了工业界与学术界的广泛关注。全球最具权威的IT研究与顾问咨询公司Gartner 将数字孪生列为十大战略科技发展趋势之一。目前,数字孪生主要被应用于制造业领域,国际数据公司(IDC)表示现今有40%的大型制造商都会应用这种虚拟仿真技术为生产过程建模,数字孪生已成为制造企业迈向工业4.0的解决方案。到2020年,估计有210亿个连接的传感器和终端服务于数字孪生,在不久的将来数字化孪生将存在数十亿种。
随着工业4.0,智能制造等技术和发展战略的不断出台,数字孪生技术逐步成为智能制造的一个基本要素,并得到了各方的普遍关注。洛克希德马丁公司于2017年11月将数字孪生列为2018年未来国防和航天工业顶尖技术之首;英国国家基础设施委员会于2017年12月发布《数据的公共利益报告》(Public Good report),提出创建一个与国家基础设施相对应的数字孪生体,并于2019年1月启动相关计划;Gartner公司连续3年(2017-2019年)将数字孪生列为当年十大战略科技发展趋势之一。
党的十九大报告明确提出要加快建设制造强国,《中国制造 2025》指出“将智能制造作为两化融合的主攻方向,推进生产过程智能化,培育新型生产方式,全面提升企业研发、生产、管理和服务的智能化水平”。在此背景下,数字孪生技术受到广泛关注,将产生巨大的发展潜力。
§ 智慧城市
如果物理世界是一个工厂,则对应的数字世界是数字孪生工厂,如果物理世界是一个城市,那么对应的数字世界即数字孪生城市。从工业引伸到城市,也是自然而然的结果,因为城市是数字化更大的舞台,是由人和物件、事件组成的复杂巨系统,比工厂更加丰富多彩。城市发展至今面临着严重的问题,传统的发展模式已经失效,以信息化为引擎的数字城市、智慧城市成为城市发展的新理念和新模式。虽然数字城市的提出由来已久,但之前的概念并没有上升到数字孪生的高度,这与技术发展的阶段有关,如今数字孪生城市的内涵,才真正体现了数字城市想要达到的愿景目标。智慧城市是数字城市发展的高级阶段,数字孪生城市做为数字城市的目标,却是智慧城市建设的新起点,它是城市实现智慧的重要设施和基础能力,是技术驱动下城市信息化从量变走向质变的里程碑。由点到线,由线到面,基于数字化标识、自动化感知、网络化连接、智能化控制、平台化服务等强大技术能力,使数字城市模型能够完整浮出水面,做为一个孪生体与物理城市平行运转,虚实融合蕴含无限创新空间。
数字孪生城市的构建将引发城市智能化管理和服务的重大颠覆性创新。设想一下,与物理城市对应有一个数字孪生城市,物理城市所有的人、物件、事件、建筑、道路、设施等,都在数字世界有虚拟映像,信息可见,轨迹可循,状态可查,虚实同步运转,情景交融,过去可追溯,未来可预期,当下知冷暖,见微知著,睹始知终,全市一盘棋尽在掌握,一切可管可控,管理扁平化,服务一站式,信息多跑路,人力少跑腿,虚拟服务现实,模拟仿真决策,精细化管理岂非容易,人性化服务岂非不难,城市智慧再不是空谈。
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。
Virtual Singapore(虚拟新加坡)计划
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。
§ 基建工程
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。
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。
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。
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。
来源:剑林汇