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什么是數字孿生?

2020-01-07 03:18:08 鮮棗課堂 小棗君 編輯:麗麗 瀏覽數:32摩信網

今天小棗君要給大家介紹的,是一個聽起來就很高大上的概念——數字孿生。相信很多人都聽說過數字孿生。在過去幾年,這個詞的熱度不斷攀升,頻繁出現在各大峰會論壇的演講主題之中,備受行業內外的關注。究竟什么是數字孿生?它是誰提出來...

今天小棗君要給大家介紹的,是一個聽起來就很高大上的概念——數字孿生。

相信很多人都聽說過數字孿生。在過去幾年,這個詞的熱度不斷攀升,頻繁出現在各大峰會論壇的演講主題之中,備受行業內外的關注。

究竟什么是數字孿生?它是誰提出來的?它會給我們的生活帶來什么樣的改變?

什么是數字孿生

數字孿生,英文名叫Digital Twin(數字雙胞胎),也被稱為數字映射、數字鏡像。

它的官方定義非常復雜,是這么說的:

數字孿生,是充分利用物理模型、傳感器更新、運行歷史等數據,集成多學科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過程,在虛擬空間中完成映射,從而反映相對應的實體裝備的全生命周期過程。

看暈了吧?其實,簡單來說,數字孿生就是在一個設備或系統的基礎上,創造一個數字版的“克隆體”。

這個“克隆體”,也被稱為“數字孿生體”。它被創建在信息化平臺上,是虛擬的。也許你會說,這不就是電腦上的設計圖紙嘛?CAD搞搞不就有了?

其實不然。相比于設計圖紙,數字孿生體最大的特點在于:它是對實體對象(姑且就稱為“本體”吧)的動態仿真。也就是說,數字孿生體是會“動”的。

而且,數字孿生體不是隨便亂“動”。它“動”的依據,來自本體的物理設計模型,還有本體上面傳感器反饋的數據,以及本體運行的歷史數據。

說白了,本體的實時狀態,還有外界環境條件,都會復現到“孿生體”身上。

如果需要做系統設計改動,或者想要知道系統在特殊外部條件下的反應,工程師們可以在孿生體上進行“實驗”。這樣一來,既避免了對本體的影響,也可以提高效率、節約成本。

除了“會動”之外,理解數字孿生還需要記住三個關鍵詞,分別是“全生命周期”、“實時/準實時”、“雙向”。

數字孿生是源自工業界的概念。在工業制造領域,有一個詞叫做“產品生命周期管理(PLM)”。相信很多人都聽說過。

全生命周期,是指數字孿生可以貫穿產品包括設計、開發、制造、服務、維護乃至報廢回收的整個周期。它并不僅限于幫助企業把產品更好地造出來,還包括幫助用戶更好地使用產品。

而實時/準實時,是指本體和孿生體之間,可以建立全面的實時或準實時聯系。兩者并不是完全獨立的,映射關系也具備一定的實時性。

雙向,是指本體和孿生體之間的數據流動可以是雙向的。并不是只能本體向孿生體輸出數據,孿生體也可以向本體反饋信息。企業可以根據孿生體反饋的信息,對本體采取進一步的行動和干預。

數字孿生的起源

說到“數字孿生”這個概念的發明者,行業里并沒有明確的說法。很多人認為,數字孿生是美國密歇根大學教授Michael Grieves博士于2002年提出的。

▲Michael Grieves博士

但這種說法并沒有書面的文獻或資料可以支撐。

Michael Grieves博士在2014年發布的文章中,曾經“追溯”自己曾經在2002年密歇根大學PLM中心一次演講中,提及了類似數字孿生的相關概念。他還“追溯”自己曾經在2003年的一次高管培訓上,提出了“物理產品的數字等同體或數字孿生體概念”。

然而,這些都沒有確鑿的文獻或影像資料證據。真正有據可查的“數字孿生”概念提出者,是美國空軍研究實驗室(AFRL,Air Force Research Laboratory)。

▲AFRL徽標

2011年3月,美國空軍研究實驗室結構力學部門的Pamela A. Kobryn和Eric J. Tuegel,做了一次演講,題目是“Condition-based Maintenance Plus Structural Integrity (CBM+SI) & the Airframe Digital Twin(基于狀態的維護+結構完整性&戰斗機機體數字孿生)”,首次明確提到了數字孿生。

當時,AFRL希望實現戰斗機維護工作的數字化,而數字孿生是他們想出來的創新方法。

當美國空軍意識到數字孿生具有很強實用意義的同時,另一家企業也對數字孿生產生了濃厚的興趣,它就是美國通用電氣公司(GE)。

▲美國通用電氣公司(GE)

美國通用電氣公司在為美國國防部提供F-35聯合攻擊機解決方案的時候,發現了數字孿生體的價值。

不知道大家是否還記得小棗君之前那篇介紹工業4.0的文章?是的,美國通用電氣公司,就是美國先進制造戰略(美國版的工業4.0)的主要推手。

當時的美國通用,一直在致力于研究工業數字化,以及如何構建工業互聯網體系。顯然,數字孿生對工業4.0非常有用,可以說是如魚得水。再后來,德國西門子(德國工業4.0的代表企業)也跟著擁抱了數字孿生,將其奉為至寶。

2015年左右,中國也開始跟進。當時包括工業4.0研究院在內的多家國內研究機構和企業,紛紛啟動了數字孿生相關的研究課題。從那之后,數字孿生這個概念,就開始風靡互聯網和產業界,直至今日。

數字孿生的價值

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