“数字孪生”深度解析

2022-01-14 16:02:51
依据投资
数字孪生
简单来说,它是利用大数据、云计算、人工智能等技术搭建一个虚拟数字世界,通过它可以实现对真实物理世界的信息感知,使用户身临其境。

相信大家对“数字”“孪生”这两个名词都不陌生,但“数字孪生”连在一起又是什么新的概念呢?很多投资者很容易理解为就是数字的克隆或者是数字再复制一个数字,但实际上它是一个信息的概念,对物理对象在数字化世界里的一种表达。本期文章将带你走进数字孪生的世界,深度解析这一热点。

2345截图20211028093243.png

数字孪生的概念:

简单来说,它是利用大数据、云计算、人工智能等技术搭建一个虚拟数字世界,通过它可以实现对真实物理世界的信息感知,使用户身临其境。

2345截图20211028093243.png

数字孪生的标准定义:数字孪生是具有数据连接的特定物理实体或过程的数字化表达,该数据连接可以保证物理状态和虚拟状态之间的同速率收敛,并提供物理实体或流程过程的整个生命周期的集成视图,有助于优化整体性能。

全息影像技术技术和数字孪生的区别:

2345截图20211028093243.png

了解数字孪生的概念后,很多投资者会觉得就是以前的全息影像技术。说到全息影像技术,现在最让人熟知的就是已故歌手邓丽君在舞台上的表演,观众不仅可以看到和真人一模一样的虚拟化的歌手,还能听到和真人一模一样的歌声,从表象上来看都是虚拟的,它的本质是一种显示技术。主要是通过衍射和干涉的原理,去实现虚拟对象三维的可视化展现。只是对外观的展现,但内部结构没有办法描述。数字孪生就是用来解决这些问题的,全息影像不能反过来作用于物理实体,而数字孪生体的指令反过来可以作用物理实体上,比如开关机、加减速等。此外全息影像不会思考和分析,但数字孪生体是有思考能力和学习能力的。

数字化模型与物理实体的关系:

数字化模型与物理实体是交互与共生的关系。数字化模型就像影子一样,永远不会消失,这个影子实际上就是物理实体的数字孪生体,也就是物理实体的状态能够实时更新到数字孪生体中。数字孪生体本身还具备会思考的能力,它在物理实体运作时判断是否会出现某些故障,作出预判后,能够及时的通过虚拟层面的数字孪生体去控制物理实体,这就是交互。共生则是有了物理实体和它的孪生体,它俩是相伴一生的。

2345截图20211028093243.png

数字孪生的生态系统:

数字孪生的生态系统架构慢慢趋于完善。数字孪生包括“基础支撑”、“数据互动”、“模型构建”、“仿真分析”、“共性应用”、“行业应用”六大核心模块,对应从设备、数据到行业应用的全生命周期。

2345截图20211028093243.png

基础支撑层是数字孪生的底层架构部分。基础支撑层主要包括芯片、传感器、边缘计算和监控,用于数字孪生中数据的采集和向网络发送。数据互动层是数字孪生的信息互动部分。数据互动层为数字孪生提供软件定义的工具和平台支持,从而完成数字孪生中的的信息采集、信息传输与同步和信息增强。其中信息采集、信息传输与同步和信息增加分别对应着数据上云、数据对齐与融通、数据清洗与分类。模型构建层是数字孪生的核心组成部分。模型构建层提供获取数据和建立数字化模型服务,包括测绘扫描、几何建模、网格剖分、系统建模、流程建模、组织建模等技术。

发展历程:

数字孪生并不是新发展起来的,实际上他已经经历了几十年的风雨,只是一开始命名为“镜像的空间模型”,后面才慢慢演变为“数字孪生”

2345截图20211028093243.png

21世纪初期数字孪生的概念被正式提出。2014起,美空军组织洛马、波音、诺格、通用电气、普惠等公司开展了一系列应用研究项目,数字孪生理论与技术体系初步建立。美国防部、NASA、西门子等公司开始接受这一概念并对外推广。随着工业4.0,智能制造等技术和发展战略的不断出台,数字孪生技术逐步成为智能制造的一个基本要素,并得到了各方的普遍关注。

应用领域:

数字孪生具有互操作性、可扩展性、实时性、保真性、闭环性的特点,所以它在很多领域都得到了应用。下面列举几个常见的应用领域:

航空航天领域:最早,美国国家航空航天局使用数字孪生对空间飞行器进行仿真分析、检测和预测,辅助地面管控人员进行决策。北京航空航天的陶飞等人将数字孪生应用于车间的建设和管控。

2345截图20211028093243.png

石油领域:检测石油开采的全过程,采集数据,分析开采设备的健康状况。比如英国的石油公司,应用数字孪生技术,对整个采油的工艺进行了优化,从原来的20多个小时缩短到了20多分钟。

2345截图20211028093243.png

医疗领域:将数字孪生技术引入到心脏手术的模拟,构建一个心脏的数字孪生体,模拟心脏的各方面机能辅助医生做虚拟的手术,大大提高了手术的精准治疗。

2345截图20211028093243.png

军事领域:用于作战仿真试验,构建动态虚拟的作战环境,将很多现实难以实现的作战环境用数字孪生技术来完成,培养智能化、无人化的战场环境保障人才。全国人大代表&陆军研究院正高级工程师王明孝表示:要加快数字孪生技术的军事应用,技术干部要把研究课题向部队倾斜,向战场倾斜,为作战训练奠定好基础,为打赢战争作好技术支撑。

2345截图20211028093243.png

建设领域:以欧特克公司为代表的工程建设类软件供应商,将数字孪生技术应用于建筑、工厂、基础设施等建设领域,把建筑和基础设施看做产品进行全生命周期的管理。

2345截图20211028093243.png

数字孪生城市:雄安新区就是国内首个依照数字孪生理念设计的城市。数字孪生城市可以对城市的街道、社区、医院、商业区、红绿灯、甚至污水管道、排水系统等进行模拟,实现信息资源的左右分配。

2345截图20211028093243.png

关于数字孪生城市,很多城市也出台了相关政策,相信很快就会有越来越多的数字孪生城市落地建成。如:上海、浙江等地开展试点示范,以CIM为基础推动数字孪生城市建设。2020年10月,上海市提出“面向数字时代的城市功能定位,加强软硬协同的数字化公共供给,加快推动城市形态向数字孪生演进”,临港新片区试点数字孪生城市建设,打造上海数字化转型示范区。浙江省发布数字孪生建设首批试点清单,将数字孪生技术应用于地铁安全管理、大型交通枢纽安全管理等十大领域。2021年1月,深圳市《关于加快智慧城市和数字政府建设的若干意见》中提出,构建可视化城市空间数字平台,探索“数字孪生城市”。2021年8月,天津市提出加快城市信息模型(CIM)平台建设,推进CIM平台在城市体检、城市安全、工程管理和住房管理等领域广泛应用。2020年10月,《广东省推进新型基础设施建设三年实施方案》,加快CIM平台赋能生态环境、公共安全、公共交通、政务司法等,实现城市精细化、智慧化管理。

结语:

目前,中国正处于一个迎头赶上的状态,在数字孪生技术的研究上起步较晚,但加速度非常的快。在国际上第一个提出数字孪生车间的概念,这个概念目前被国内乃至国际上一百多个高校来跟踪研究。比如空客,就将这个理念应用到了他们的直升机设计中。所以小编认为,数字孪生对整个社会的发展是有着巨大的意义的,投资者们可持续关注这一赛道。

收藏
免责声明:凡注明为其它来源的信息均转自其它平台,由网友自主投稿和发布、编辑整理上传,对此类作品本站仅提供交流平台,不为其版权负责。本网站对有关资料所引致的错误、不确或遗漏,概不负任何法律责任。若有来源标注错误或侵犯了您的合法权益,请作者持权属证明与本站联系,我们将及时更正、删除,谢谢。联系邮箱:leixiao@infoobs.com