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安歌科技:数字孪生的前世

2025China.cn   2023年01月09日

近年来,被各行各业反复提到的高频词、热点词、关键词中,“数字孪生”一定榜上有名,全球IT研究与顾问咨询公司Gartner连续三年将数字孪生列为十大战略科技发展趋势之一。同时,数字孪生由于其应用面广泛的特点,在大如智慧城市、数字城市,水利、天然气工程建设,小到产线监测、设备状态监测都得到了广泛应用。

因此不少小伙伴都会对“数字孪生”感觉既熟悉又陌生,那么,数字孪生的发展历史是怎样的?这项技术可以实现怎样的需求?目前在哪些方面得到了应用又与我们的生活有什么关系?

对于这些大家好奇的问题,我们将通过两期为大家通俗易懂的解读数字孪生的“前世”与“今生”。

数字孪生究竟是什么?

数字孪生(Digital Twins)也叫:信息镜像模型、Cyber-Physical System(CPS)。数字孪生的名词详细解释为:“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。

人体数字孪生技术

如果你觉得上述解释太官方、不容易理解的话,那我们来举一个简单的例子,比如先通过计算机在虚拟世界建一个与你一模一样数字的模型,而后通过你随身佩戴的智能手环、血氧仪、血压计、血糖仪等智能穿戴装备、传感器实时记录下你身体的内的各项指标,并向后台发送各种你身体的参数,你变化了,数字模型也变化了,把人换成机械、生产线、建筑同理。因此,我们可以这样理解,数字孪生就是一面三维的、透视的镜子,随时随地跟随着你的变化而变化。

航空器数字孪生

所以,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、彼此依赖的数字映射系统。

关于数字孪生的诞生历史有多种说法,但尚未形成权威的定义,这里为大家一一列出:

说法一,密歇根大学的 Michael Grieves 博士率先提出,并命名为“信息镜像模型”(Information Mirroring Model),而后演变为“数字孪生”。据其自称,他曾在2002年密歇根大学PLM中心一次演讲中、2003年的一次高管培训上都提出了数字孪生的概念(顺便说一下,中国数字孪生研究先行者陶飞教授也是密歇根大学的访问学者,因此这个说法具有一定可信度)。

Michael Grieves 博士

说法二,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。

说法三,2012 年 NASA 给出了数字孪生的概念描述:数字孪生是指充分利用物理模型、传感器、运行历史等数据,集成多学科、多尺度的仿真过程,它作为虚拟空间中对实体产品的镜像,反映了相对应物理实体产品的全生命周期过程。

波音777 X

但是无论怎么说,有记载的、将数字孪生初期技术应用在商业实战领域的案例是:2010年前后波音公司在研制新款波音-777客机的整个研发过程都没有使用过任何的图纸模型,所涉及的300多万个零部件完全依靠数字孪生技术进行模拟、实验。据报道,该技术帮助波音公司减少了50%的返工量,有效缩短了40%的研发周期。

数字孪生在中国

北京航天航空大学陶飞教授

2009在美国密歇根大学从事先进制造技术和信息化方向研究学者陶飞回到中国,被直评为北京航天航空大学副教授,在美国了解到数字孪生技术种种优势的陶飞教授决定将这项最新的技术在国内研究并推广,他召集了十余名研究生创造中国第一个数字孪生研究小组,自此开启了一段长达数十年的研究之路。从组建团队到理论探索,再到技术的攻关、实际应用案例的部署和研发,陶飞教授的团队成为了国内最早一批研究数字孪生技术的学者。

第一届数字孪生与智能制造服务学术研讨会合影

从2010年第一篇数字孪生研究论文被退稿,到2019年世界顶级期刊《Nature》向陶飞的团队发出邀请,再到同年与航天五院建立合作关系、在卫星总装车间的设计部署及验证上成功落地。十年坚持不懈的努力,从被退稿走向了受邀撰稿,不仅仅意味着陶飞团队的成功与研究闭环,更代表着中国在数字化转型、智能化升级和制造能力的提升受到了国际的关注与认可。

(转载)

标签:安歌科技 数字孪生 我要反馈 
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