什么是数字孪生?

按照最简洁的定义,数字孪生就是物理实体的3D模型,而且该3D模型的动画是由真实实体的实时数据驱动的。

一套数字孪生包括:

  1. 一个物理实体,它生成关于其运作的实时数据,或使用传感器收集关于其周边活动的实时数据。
  2. 一个物理实体的3D模型
  3. 从物理实体到3D模型的实时数据流送
  4. 一个基于软件的机制,根据收到的实时数据,使3D模型的视觉表现与现实世界保持一致。

什么是数字孪生?插图

  为什么你需要数字孪生?

假设你的工作要求你优化一家工厂的生产流水线,尝试减少制造时间或成本。你的第一步就是构建该工厂的3D模型,其中包含了生产涉及的一切。然后,在那座实体工厂里,你对机器和机器人进行配置,让它们发送关于自身运作情况的实时数据
接下来,你设置了一个软件界面,用于处理实时数据时更新3D模型。这时候你就有了这家工厂的最新情况,可以在你的电脑屏幕乃至VR中查看——这就是工厂的数字孪生。
在任何时候,主管和工程师都可以通过观察数字孪生来“看到”工厂车间实况,甚至可以与其交互。还可以通过数学模型和工具,进一步分析捕获的数据

从这个例子你就可以看出,数字孪生能够服务于多种用途:

  • 工厂运维管理
  • 城市设计规划
  • 无人驾驶汽车自动驾驶测试
  • 供应链使用情况、流量、工作流程分析
数字孪生提供数字信息以及可视化信息,帮助设计师、建筑师、工程师和其他相关利益方以前所未有的方式直观了解各种结构。通过使用数字孪生,传统分析方法难以辨别的模式可以清晰显现,让你对于如何提高效率洞若观火。 

什么是数字孪生?插图1

城市规划为例,获得对交通模式的鸟瞰图以及精确到毫秒的车流变化交通信号灯数据,就可以帮助城市规划人员分析交通模式,确定在哪些位置添加新的信号灯或改变现有信号灯的切换时机。
 
对于无人驾驶汽车,可以将来自传感器的数据与车辆的速度、制动、启动和转弯数据相结合,从而了解车辆任何时候的动态。

简而言之,数字孪生提供了通过监视与分析资产、工艺和工作流程来节省时间与金钱的途径。

  数字孪生技术:实现它的新型工具

如果你熟悉Maya或3ds Max之类的数字内容创建(DCC)软件,那么你肯定知道,这类软件包都有内置的脚本语言,因此用户早就能通过脚本来控制3D模型了。

我们早就有了用来创建数字孪生的工具。但是直到最近,数字孪生的门槛仍然很高——需要一名精通业务的程序员进行初始设置,然后需要一名用户体验(UX)设计师来设计,使非技术人员也能开发数字孪生。

这就是实时技术能够带来变革的地方。使用游戏引擎来设置和维护数字孪生要比从头开始编程方便快捷得多

  怎样应用数字孪生?

让我们来看看不同行业中数字孪生的一些实例

坦帕的XR数字孪生被用于可视化——实体模型与投影图像相结合,使这座城市的开发计划以三维形式呈现在人们面前。

什么是数字孪生?插图2

阿德莱德的数字孪生被用于城市规划——人们构建了这座澳大利亚城市的比例模型,未来将作为数字孪生使用。

什么是数字孪生?插图3

航空航天

芬兰航空公司是最先采用数字孪生的航空航天公司,目前它使用该技术指导赫尔辛基机场的航班活动

什么是数字孪生?插图4

汽车

汽车业正在使用多种实时技术,从人机界面到无人驾驶汽车开发,推动设计、制造、测试和销售的每个阶段的进步。

什么是数字孪生?插图5

  数字孪生与智慧城市的对比

你将会经常听到“智慧城市”这一叫法,其应用之广泛不亚于数字孪生。虽然两者都利用了实时技术,而且被用于相似的用途,但它们并不是一回事。

智慧城市从城市环境中的实时物联网(IoT)设备收集数据,并使用这些数据进行分析、测试、优化和预测检验

一套数字可视化有可能既是智慧城市,也是数字孪生。下面的图表突出了两者的异同

什么是数字孪生?插图6

  虚幻引擎与数字孪生

虚幻引擎是许多数字孪生应用程序选择的工具。它的蓝图可视化脚本系统使非技术性用户不必编写任何代码。

  数字孪生的未来

数字孪生必将成为许多不同行业的关键IT工具。根据Engineering.com的说法,数字孪生是与人工智能(AI)机器学习(ML)并列的十大战略性技术趋势之一。

未来的一个关键领域就是供应链,因为制造流程要靠送达的零件来实现准时化制造。供应链的数字孪生由许多物品仓库组成,可追踪库存潜在交付时间

随着采用率持续增长,我们有望在包括城市规划、产品开发和工厂模拟在内的各个领域看到更多数字孪生的应用。


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文章名称:什么是数字孪生?

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按照最简洁的定义,数字孪生就是物理实体的3D模型,而且该3D模型的动画是由真实实体的实时数据驱动的。 一套数字孪生包括: 一个物理实体,它生成关于其运作……
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