数字孪生的工作原理是什么? 数字孪生是一种用来准确反映物理对象的虚拟模型。我们将为研究对象(如风力涡轮机)配备与重要功能方面相关的各种传感器。这些传感器生成与物理对象性能的各个方面相关的数据,例如能量输出、温度和天气条件。然后将这些数据转发到处理系统,并将其应用于数字复制品。 一旦获得了这些数据,虚拟模型就可以用于运行仿真、研究性能问题和生成可能的改进计划;所有这些都是为了获得有价值的见解,然后将其应用于原始物理对象。 数字孪生与仿真 尽管仿真和数字孪生都利用数字模型来复制系统的各种过程,但数字孪生实际上是一个虚拟环境,具有特别丰富的研究内容。数字孪生和仿真之间的主要区别在于规模问题:仿真通常研究特定的过程,而数字孪生本身可以运行任何数量的实际仿真项目来研究多个过程。 当然,两者之间的区别远不止于此。例如,仿真通常不会从获得实时数据中获益。但数字孪生是围绕双向信息流设计的。当物体传感器向系统处理器提供相关数据时,此信息流首先出现。然后,当处理器与原始源对象共享其见解时,信息流将重新出现。 数字孪生所拥有的数据质量更高,而且不断更新,覆盖的领域更广;此外,虚拟环境也具有更强的计算能力,因此与标准仿真相比,数字孪生可以从更有利的角度研究更多的问题,并具有更大的最终潜力来改进产品和流程。 数字孪生的类型 根据产品放大的程度,有各种类型的数字孪生。这些数字孪生最大的区别在于它们的应用领域。不同类型的数字孪生在同一系统或过程中共存是很常见的。让我们来看看不同类型的数字孪生,了解它们的区别和应用方法。 双组分/双组分 组件孪生是数字孪生的基本单元,也是功能组件的最小例子。这两个组件大致相同,但属于稍微不那么重要的组件。 资产孪生 当两个或多个组件协同工作时,它们就形成了所谓的资产。Asset twin允许您研究这些组件的相互作用,创建大量可处理的性能数据,然后将其转化为可行的见解。 双系统或双单元 进一步的放大包括系统孪生或单元孪生,它们可以展示不同的资产如何结合在一起形成一个完整的功能系统。通过系统配对,您可以看到资产之间的交互,还可以获得性能优化方面的建议。 工艺孪生 流程孪生(宏观放大)展示了系统如何通过协作建立整个生产设施。这些系统是否同步运行以实现最大效率?或者一个系统的延迟会影响其他系统吗?过程配对可以帮助确定最终影响整体效率的精确时间控制计划。 数字孪生技术的历史 1991年,David Gelernter在《镜像世界》中首次提出了数字孪生技术的概念。然而,正是迈克尔·格里夫斯博士(当时在密歇根大学任教)于2002年首次将数字孪生的概念应用于制造业,并正式发布了数字孪生软件的概念。最后,在2010年,美国国家航空航天局的约翰·维克斯引入了一个新术语,“数字孪生”。 但事实上,使用数字孪生研究实物的核心概念更早就被见证了。事实上,可以说,在20世纪60年代,美国国家航空航天局率先在太空探索任务中使用数字孪生技术,每一艘飞行的航天器都被精确复制为地面版本,供美国国家航空宇航局机组人员研究和仿真。 数字孪生的优势和好处 促进研发 利用数字孪生可以更有效地研究和设计产品,生成与潜在性能结果相关的大量数据。从这些信息中获得的见解可以帮助公司在开始生产之前进行必要的产品改进。 更高的效率 即使在新产品投入生产后,数字孪生也有助于真实反映和监控生产系统,从而在整个制造过程中实现并保持最大效率