数字孪生

  一、现有定义   什么是数字孪生？   数字孪生，英文名叫Digital Twin（数字双胞胎），也被称为数字映射、数字镜像。    它的官方定义非常复杂，是这么说的：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。    看晕了吧？其实，简单来说，数字孪生就是在一个设备或系统的基础上，创造一个数字版的“克隆体”。    这个“克隆体”，也被称为“数字孪生体”。它被创建在信息化平台上，是虚拟的。    二、数字孪生场景应用     在工业领域，数字化孪生的应用非常广泛，下面列举一些典型的应用场景：    1、 产品设计与开发    数字孪生可以帮助工程师在虚拟环境中进行产品设计、验证和优化。通过对数字模型进行模拟和分析，设计团队可以在实际生产之前对产品进行多次迭代，从而节省成本、提高质量和缩短上市时间。    2、 生产制造    数字孪生可以用于模拟和优化生产线，预测设备故障，提高生产效率。通过实时收集工厂设备的运行数据，数字孪生可以为维护团队提供洞察，以便在设备出现问题之前进行维护。    3、能源管理    数字孪生在能源行业的应用可以帮助提高能源利用效率、优化能源管理和降低运营成本。例如，通过数字孪生技术，可以模拟和预测风力发电、太阳能发电等可再生能源设施的运行状态，从而实现最佳的能源分配和调度策略。    4、供应链管理    数字孪生可以用于监控和优化供应链，从而提高生产效率和降低库存成本。通过对供应链各环节的实时数据进行分析，企业可以更好地预测需求、优化库存和降低物流成本。    5、 智能建筑    在建筑领域，数字孪生可以用于模拟建筑的能耗、安全性能和舒适度。通过对建筑的数字模型进行实时监测和分析，管理者可以实现更加智能和高效的建筑运维。   6、 无人驾驶    数字孪生技术在无人驾驶领域的应用可以提高自动驾驶系统的安全性和可靠性。通过模拟实际交通环境和道路条件，无人驾驶系统可以在数字孪生中进行训练和验证，从而提高在实际道路上的运行性能。    7、 航空航天    数字孪生在航空航天领域的应用可以提高飞行器的设计、测试和运行效率。通过模拟飞行器在各种环境和工况下的性能，工程师可以优化飞行器的设计，提高安全性和节省研发成本。    三、数字孪生技术具体应用案例    数字孪生技术在海珠湾隧道工程项目的应用天翎结合海珠湾隧道的施工环境和条件等多种因素，提出了智能一体化数字孪生系统解决方案，采用数字孪生形式，结合BIM、GIS、物联网、AI等先进数字化技术，融合低代码管理平台以实现项目进度、成本、质量、安全的控制目标，从而更好地推动工程项目建设。    1、电子沙盘    GIS贴图结合倾斜摄影，高度还原海珠湾隧道项目的现场全貌，并以巨屏的形式呈现。充分考虑周边建筑及施工与主体工程之间的冲突，最大化的保护现有地形及红线利用率，保证了施工安全并有效降低了对周边坏境的破坏。    2、海珠湾数字孪生管理系统巨屏    实时联动天气系统、通过模拟飞行功能总览项目全景、重点地标快速跳转、模拟拆迁项目红线、虚拟驾驶沉浸式体验项目建成后的效果、施工现场漫游，实现足不出户了解工地情况。    海珠湾数字孪生管理系统功能展示    3、将BIM技术和物联网技术结合，BIM模型中的分解构件和IPM（智能项目管理系统）中的WBS结合，实现施工进度完成情况在数字孪生系统中可视化展示，并能实现进度预测及历史进度回溯。    4、通过RFID、UWB、北斗、NB-IOT等新型物联感知网络接入智慧工地内网或者4G或5G公网，提供有线和无线两种接入方案。实现车辆、人员、管片等生产要素的全流程跟踪，实现人员安全定位、无人化数据采集、管片智能管理等功能     四、我之定义    我个人认为数字孪生就是现实世界事物在数字虚拟世界的投影，就好比镜子中的你一样。    其实所谓的数字孪生就是基于万物互联及虚拟现实技术等一系列数据结合的产物。他的目的就是通过在虚拟数字世界对现实世界的同步模拟实现对现实世界发展态势的预测和检测及管理。他本身在数据计算和分析方面涉及到大量的数据统计，他在管理方面涉及到数据的模拟运算。    五、我之发展趋势设想   （一）基础核心技术构想    （1）框架结构模块：还模块相当于建筑的主体框架，在数字孪生领域他就相当于操作系统或者软件的结构，在游戏里面他被称作为游戏引擎。而不管是数字孪生，还是操作系统及权利或者游戏的结构，都是基于一个数字开发平台进行对应开发或者编写出来的。就是说有什么样的数字卵生开发平台就有什么样的数字孪生架构。这个数据孪生开发平台，是开发数字孪生架构基础核心工具。    我们再回答数据孪生框架结构模块上，这个框架节后模块最少分为两类：局部和整体。实力例子比如：桥体、桥墩相当于整座桥来说他们是局部框架结构，而整个桥就是整体框架结构。   （2）数据感知模型：将传感器感知探测的信息转换成数据建模    （3）数据分析模型：数字孪生是现实世界再数字世界的数字投影，所以，要让数据孪生和其对应现实世界事物一致对应。那就必须做到数据同步，现实世界事物产生任何变化，那他的变化反应到数字孪生就是数据的变化。要想通过这个数据变化带来数字孪生都同步一致，那就必须通过对现实事物的变化进行数据分析。     （4）模拟预测模型：通过数据检验模型模拟其发展的趋势和状态     （二）具体应用构想     数字孪生传导体：相当于现在的手机或者电脑这种电子设备，他用于一数字孪生的方式传导数据。所谓的数字孪生就是针对某些事物在数字世界建立一种立体信息数据模拟，总之就是一种立体或者多维数据模型。而数字孪生传导体就是基于采用立体多维的方式并行同步传输数据，比如两个传导体之间有对应的孪生数据模型，两台设备链接后，其中一台设备的数据模型数据因为数据修改发生改变后，通过其数据映射的方式可以让另外一台里面的模型也因为数据发生变化而改变。  这样设备在传输数据的时候，不需要整体传输，只需要将改变的数据传输过去就行了，这样减少了数据传输的重复性，大大提高了数据传输的效率。