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【数字孪生】三谈“数字孪生”——更深入的研究与应用.docx
总结报告:
何谓数字孪生？我认为通俗形象地理解为：把眼见为实的物理世界，用数字技术在网络空间“塑造”一个“一模一样”的虚拟境像，物理世界在信息世界具有一个数字化的“双胞胎”，相互之间全方位构建实时联系，进而对操作对象全生命周期的变化进行记录、分析和预测。
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、多概率的仿真过程，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。数字孪生是一种超越现实的概念，可以被视为一个或多个重要的、彼此依赖的装备系统的数字映射系统。
发展
美国国防部最早提出利用Digital Twin技术，用于航空航天飞行器的健康维护与保障。首先在数字空间建立真实飞机的模型，并通过传感器实现与飞机真实状态完全同步，这样每次飞行后，根据结构现有情况和过往载荷，及时分析评估是否需要维修，能否承受下次的任务载荷等。
数字孪生，有时候也用来指代将一个工厂的厂房及产线，在没有建造之前，就完成数字化模型。从而在虚拟的赛博空间中对工厂进行仿真和模拟，并将真实参数传给实际的工厂建设。而工房和产线建成之后，在日常的运维中二者继续进行信息交互。值得注意的是：Digital Twin不是构型管理的工具，不是制成品的3D尺寸模型，不是制成品的MBD定义。
对于Digital Twin的极端需求，同时也将驱动着新材料开发，而所有可能影响到装备工作状态的异常，将被明确地进行考察、评估和监控。Digital Twin正是从内嵌的综合健康管理系统（IVHM）集成了传感器数据、历史维护数据，以及通过挖掘而产生的相关派生数据。通过对以上数据的整合，Digital Twin可以持续地预测装备或系统的健康状况、剩余使用寿命以及任务执行成功的概率，也可以预见关键安全事件的系统响应，通过与实体的系统响应进行对比，揭示装备研制中存在的未知问题。Digital Twin可能通过激活自愈的机制或者建议更改任务参数来减轻损害或进行系统的降级，从而提高寿命和任务执行成功的概率。
数字孪生与DigitalThread的关系
Digital Twin是与Digital Thread，既相互关联，又有所区别的一个概念。
Digital Twin是一个物理产品的数字化表达，以便于我们能够在这个数字化产品上看到实际物理产品可能发生的情况，与此相关的技术包括增强现实和虚拟现实。Digital Thread在设计与生产的过程中，仿真分析模型的参数，可以传递到产品定义的全三维几何模型，再传递到数字化生产线加工成真实的物理产品，再通过在线的数字化检测/测量系统反映到产品定义模型中，进而又反馈到仿真分析模型中。 依
数据经由Digital Thread流动
靠Digital Thread，所有数据模型都能够双向沟通，因此真实物理产品的状态和参数将通过与智能生产系统集成的赛博物理系统CPS向数字化模型反馈，致使生命周期各个环节的数字化模型保持一致，从而能够实现动态、实时评估系统的当前及未来的功能和性能。而装备在运行的过程中，又通过将不断增加的传感器、机器的联接而收集的数据进行解释利用，可以将后期产品生产制造和运营维护的需求融入到早期的产品设计过程中，形成设计改进的智能闭环。然而，并不是建立了全机有限元模型，就有了数字孪生，那只是问题的一个角度；必须在生产中把所有真实制造尺寸反馈回模型，再用PHM（健康预测管理）实时搜集飞机实际受力情况，反馈回模型，才有可能成为Digital Twin。
Digital Twin描述的是通过Digital Thread连接的各具体环节的模型。可以说Digital Thread是把各环节集成，再配合智能的制造系统、数字化测量检验系统的以及赛博物理融合系统的结果。
DigitalTwin的应用和进展
实现Digital Twin的许多关键技术都已经开发出来，比如多物理尺度和多物理量建模、结构化的健康管理、高性能计算等，但实现Digital Twin需要集成和融合这些跨领域、跨专业的多项技术，从而对装备的健康状况进行有效评估，这与单个技术发展的愿景有着显著的区别。因此，可以设想Digital Twin这样一个极具颠覆的概念，在未来可以预见的时间内很难取得足够的成熟度，建立中间过程的里程碑目标就显得尤为必要。
美国空军研究实验室（AFRL）2013年发布的Spiral 1计划就是其中重要的一步，已与通用电气（GE）和诺思罗谱·格鲁曼签订了2000万美元的商业合同以开展此项工作。计划以现有美国空军装备F15为测试台，集成现有最先进的技术，与当前具有的实际能力为测试基准，从而标识出虚拟实体还存在的差距。当然，对于Digital Twin这么一个好听好记的概念，许多公司已经迫不及待地将其从高尖端的领域，拉到民众的眼前。
GE将其作为工业互联网的一个重要概念，力图通过大数据的分析，可以完整地透视物理世界机器实际运行的情况；而
数字世界和实体世界的融合
激进的PLM厂商PTC公司，则将其作为主推的“智能互联产品”的关键性环节：智能产品的每一个动作，都会重新返回设计师的桌面，从而实现实时的反馈与革命性的优化策略。Digital Twin突然赋予了设计师们以全新的梦想。它正在引导人们穿越那虚实界墙，在物理与数字模型之间自由交互与行走。
折叠编辑本段DigitalTwin是智能制造系统的基础
Digital twin最为重要的启发意义在于，它实现了现实物理系统向赛博空间数字化模型的反馈。这是一次工业领域中，逆向思维的壮举。人们试图将物理世界发生的一切，塞回到数字空间中。只有带有回路反馈的全生命跟踪，才是真正的全生命周期概念。这样，就可以真正在全生命周期范围内，保证数字与物理世界的协调一致。各种基于数字化模型进行的各类仿真、分析、数据积累、挖掘，甚至人工智能的应用，都能确保它与现实物理系统的适用性。这就是Digital twin对智能制造的意义所在。
智能系统的智能首先要感知、建模，然后才是分析推理。如果没有Digital twin对现实生产体系的准确模型化描述，所谓的智能制造系统就是无源之水，无法落实。
数字孪生技术在各行业、各领域不断深入运用，从最初加工制造业逐渐延伸扩展至城市空间，开始改变城市管理、城市服务和城市生活方式，使城市因具有“大脑”而变得更便捷、更舒适、更高效。
而且数字孪生在各个方面应用都很广泛，结合我的专业来说材料，其中各个方面的仿真，环境，材料等等，数字孪生完全赋予了它新的生命与活力。展望未来数字孪生必将成为未来的主流之一，其特性和功能无疑可以改变世界。
下面我说一些关于数字孪生体的一些概念
数字孪生体是描述物理世界和数字空间的概念体系，它既是一种技术，也是一种新范式。
数字孪生体是第三次工业革命的通用目的技术和核心技术体系之一，是支撑万物互联的综合技术体系，是数字经济发展的基础，是未来智能时代的信息基础设施
谈及这个及不得不说起mbse
mbse是基于模型的系统工程，是建模方法的形式化应用，以使建模方法支持系统要求、设计、分析、验证和确认等活动。国外把基于模型的系统工程视为系统工程的“革命”、“系统工程的未来”、“系统工程的转型”等。系统工程包括技术过程和管理过程两个层面，技术过程遵循分解集成的系统论思路和渐进有序的开发步骤，即V型图所示。
关于model studio，这是数字孪生的一个简单应用，我们老师给我们布置了一些作业，对我们来说感觉蛮震撼的，虽然没有视频里的那么强
经过这一作业我们明显对数字孪生它的应用更加的感兴趣了
关于它的应用，在很多方面都有涉及，上面的文档就是其和一些先进学科的关系，在生活军工方面其应用也是十分的广泛，下面给予我的学科来对其进行一些展望
首先说明一下我的专业，材料，那么这个数字孪生怎么应用到其中呢。
基于城市模拟给我的一些启发，我认为材料，和各种环境是可以模拟的，至于各种材料虽然我们还有很多性能不知道，但是已知的性能我们可以录入进去，这依然可以做出很多事情，比如实验室的模拟，实验的进行，各种合成，对于一些发费较大的实验可以提前模拟条件排除一些非必要因素的影响，减小花费
我所说的只是基于选修课和所学资料的一些简单的阐述，数字孪生已逐渐成为主流趋势，被各国所重视并加入战略，其未来必将一片光明
期待未来还有机会接触它，并可以用它来改变未来
本帖最后由 20179100015张晓萌 于 2021-07-19 10:51 编辑
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