1.3.1 數(shù)字孿生的概念

1.3.1數(shù)字孿生的概念LOGO1.3.1數(shù)字孿生的概念1.數(shù)字孿生的定義

數(shù)字孿生也稱為數(shù)字雙胞胎（DigitalTwin），簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，它是指針對(duì)物理世界中的物體，通過(guò)數(shù)字化的手段構(gòu)建一個(gè)在數(shù)字世界中一模一樣的實(shí)體，借此來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)物理實(shí)體的了解、分析和優(yōu)化（見(jiàn)圖1-28）。（PhysicalSystem：物理系統(tǒng)，Makingdatavaluable：讓數(shù)據(jù)更有價(jià)值，Data：數(shù)據(jù)，Insights：洞察力，DigitalTwin：數(shù)字孿生，VirtualModel：虛擬模型，Planning：計(jì)劃，Design：設(shè)計(jì)，Construction：構(gòu)建，Maintenance：運(yùn)維，Operations：決策）圖1-28數(shù)字孿生的概念圖1.數(shù)字孿生的定義

具體來(lái)講，數(shù)字孿生集成了人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)，將數(shù)據(jù)、算法和決策分析結(jié)合在一起，建立模擬（即物理對(duì)象的虛擬映射），監(jiān)控物理對(duì)象在虛擬模型中的變化，基于人工智能的多維數(shù)據(jù)處理與異常診斷，預(yù)測(cè)潛在風(fēng)險(xiǎn)，在問(wèn)題發(fā)生之前先發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，合理有效地規(guī)劃、決策或?qū)ο嚓P(guān)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)。2.數(shù)字孿生的技術(shù)架構(gòu)

數(shù)字孿生包括數(shù)據(jù)保障層、建模計(jì)算層、功能層和沉浸式體驗(yàn)層四層架構(gòu)，每一層的實(shí)現(xiàn)都建立在前面各層的基礎(chǔ)上，是對(duì)前面各層功能的豐富和拓展。（1）數(shù)據(jù)保障層：數(shù)據(jù)保障層是整個(gè)數(shù)字孿生技術(shù)體系的基礎(chǔ)，支撐著整個(gè)上層體系的運(yùn)作，主要由高性能傳感器數(shù)據(jù)采集、高速數(shù)據(jù)傳輸和全生命周期數(shù)據(jù)管理構(gòu)成。2.數(shù)字孿生的技術(shù)架構(gòu)（2）建模計(jì)算層：建模計(jì)算層主要由建模算法和一體化計(jì)算平臺(tái)兩部分構(gòu)成，建模算法部分充分應(yīng)用機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能領(lǐng)域的技術(shù)方法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的深度特征提取和建模，通過(guò)采用多物理、多尺度的方法對(duì)傳感數(shù)據(jù)進(jìn)行多層次的解析，挖掘和學(xué)習(xí)其中蘊(yùn)含的相互關(guān)系、邏輯關(guān)系和主要特征，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的超現(xiàn)實(shí)狀態(tài)表征和建模，并預(yù)測(cè)系統(tǒng)未來(lái)狀態(tài)和壽命，依據(jù)當(dāng)前和未來(lái)的健康狀態(tài)評(píng)估其任務(wù)成功的可能性。2.數(shù)字孿生的技術(shù)架構(gòu)（3）功能層：功能層面向?qū)嶋H的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、使用和維護(hù)需求提供相應(yīng)的功能，包括多層級(jí)系統(tǒng)壽命估計(jì)、系統(tǒng)集群執(zhí)行任務(wù)能力的評(píng)估、系統(tǒng)集群維護(hù)保障、系統(tǒng)生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控及系統(tǒng)輔助決策等功能。2.數(shù)字孿生的技術(shù)架構(gòu)（4）沉浸式體驗(yàn)層：沉浸式體驗(yàn)層為使用者提供了良好人機(jī)交互使用環(huán)境，讓使用者能獲得身臨其境的技術(shù)體驗(yàn)，從而迅速了解和掌握復(fù)雜系統(tǒng)的特性和功能，能快捷地通過(guò)語(yǔ)音和肢體動(dòng)作訪問(wèn)功能層提供的信息，獲得分析和決策方面的信息支持。3.數(shù)字孿生的商業(yè)價(jià)值

隨著數(shù)字孿生技術(shù)得到各領(lǐng)域認(rèn)可，許多科技企業(yè)已經(jīng)著手研發(fā)數(shù)字孿生技術(shù)并推出了相關(guān)產(chǎn)品，這些產(chǎn)品在落地應(yīng)用中不斷升級(jí)優(yōu)化，在提升產(chǎn)品績(jī)效、加快設(shè)計(jì)周期、發(fā)掘新的潛在收入來(lái)源，以及優(yōu)化保修成本管理等方面為企業(yè)帶來(lái)了巨大商業(yè)價(jià)值。（1）質(zhì)量方面：提升產(chǎn)品整體質(zhì)量，預(yù)測(cè)并快速發(fā)現(xiàn)質(zhì)量缺陷；（2）保修成本與服務(wù)方面：優(yōu)化服務(wù)效率，判斷保修與索賠問(wèn)題，降低總體保修成本；（3）運(yùn)營(yíng)成本方面：改善產(chǎn)品設(shè)計(jì)，減少操作與流程變化，降低運(yùn)營(yíng)成本；（4）產(chǎn)品追溯方面：創(chuàng)建數(shù)字檔