数字孪生的基本特征是虚实映射。通过对物理实体构建数字孪生模型,实现物理模型和数字孪生模型的双向映射。构建数字孪生模型不是目的,而是手段,需要通过对数字孪生模型的分析与优化,来改善其对应的物理实体的性能和运行绩效。
任何物理实体都可以创建其数字孪生模型,一个零件、一个部件、一个产品、一台设备、一把加工刀具、一条生产线、一个车间、一座工厂、一个建筑、一座城市,乃至一颗心脏、一个***等。对于不同的物理实体,数字孪生管控,其数字孪生模型的用途和侧***差异很大。
例如,达索系统帮助新加坡构建了数字城市,建立了一座城市的数字孪生模型,不仅包括了地理信息的三维模型,各种建筑的三维模型,还包括了各种地下管线的三维模型。该模型作为城市的数字化档案,可以用于优化城市交通,更便于各种公共设施的维护。Biodigital公司创建了生物数字***模拟演示的在线平台,可以帮助医生和科学家研究***构造,进行模拟试验。在太空探索的过程中,科学家通过数字孪生模型对远在太空的航天器,例如登陆火星的“好奇号”火星车进行远程监控、与操控。显然,物理实体的结构越复杂,其对应的数字孪生模型也会越复杂,实现数字孪生应用的难度也更大。
“数字孪生(Digital Twin)”这一概念被美国Michael Grieves提出。12年后,他再次详细地解释了数字孪生概念,是指在信息空间构建一个可以映射表征物理设备的虚拟系统,他们之间的联系并不是单向和静态的,数字孪生即时体系,而是在整个产品的生命周期中都联系在一起。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“体”。从根本的概念上来说,数字孪生就是通过某种软件界面将已经被数字化,真实在运行的物体的实际情况在数字体上复现。
从根本的概念上来说,数字孪生就是通过某种软件界面将已经被数字化,数字孪生模拟,真实在运行的物体的实际情况在数字体上复现。尽管目前主要是拥有复杂产品系统的大型工业制造商在使用数字孪生,诸如交通运输、能源、工业制造、航空航天等,但随着技术的不断发展进步,将有更多的企业会在更广泛的产品中应用。通过结合数据、、平台、云和机器学习,企业可实现数百万美元的成本节约。随着数字孪生概念越发普及,企业能获得的优势将巨大无比,毫无疑问,数字孪生值得企业产品研发和高管的高度关注。
强化数字孪生城市顶层设计
数字孪生城市是通过构建城市物理世界与网络虚拟空间对应、交互的复杂系统,在网络空间再造一个与之匹配的孪生城市,实现城市全要素数字化和虚拟化、城市全状态实时化和可视化、城市管理决策协同化和智能化。数字孪生城市已成为主要经济体的共同选择。新加坡、英国等***相继启动了建设。
我国数字孪生城市已步入建设实施落地期,数字孪生,应用场景包括交通、能源、水利等领域。中国移动全力打造“新型智慧城市运营商”,一直致力于数字孪生城市的研究。
我国数字孪生城市整体仍处于初期探索阶段,存在数据采集门槛高、信息基础设施建设不足、平台模型标准化不高、应用层次和深度不够、关键技术领域“卡脖子”等问题。
为此,加强体制机制建设,强化数字孪生城市顶层设计;加强全域物联终端统一规划和全域标识体系构建,提升城市级物联信息采集能力;加强新基建与数字孪生城市的同步规划和能力提升,提升虚实交互的实时性;加快CIM也就是城市信息模型的标准建设,构筑统一的CIM平台;完善数字孪生城市产业生态,深化数字孪生城市应用;加强数字孪生城市关键技术支持与突破,加快落实技术工作。
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