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数字孪生技术与工程实践
第6章数字孪生的智能化应用
数字孪生技术与工程实践
引言
p在SIGGRAPH2021上,英伟达(Nvidia)公司通过一部纪录片自曝:在2021年4月举办的“
英伟达GTC(图形技术大会)发布会”内藏玄机,他们构建了一个英伟达首席执行官兼创始
人黄仁勋(老黄)的“数字孪生体”,出现在视频发布会的部分环节中。
p数字孪生不但可以是真实物理世界的孪生,还可以是“虚拟物理”的孪生,也就是说,可以是
满足物理规律的“另一个世界”的构建。而利用这个“另一个世界”,可以完成许多真实物理
世界中不能完成的工作,或者可以更好地完成这些工作。中科院的王飞跃研究提出的“平行
宇宙”、当下热门的“元宇宙”就是和这个类似的概念。
p基于数字孪生的智能化应用,可以从模型和数据相结合的优化入手来考虑。传统的基于模型的
或者说基于知识的优化,在面向复杂大系统或者巨系统的情况,可能会遇到效率不高、难以实
现等问题;而单纯基于数据的优化,在工业、建筑业等已经拥有大量机理模型和物理、化学等
演变规律知识的学科与行业中,往往事倍功半,容易在数据中迷失方向。数字孪生的优势,在
于基于模型和知识,结合实际系统中采集的数据,融合后进行优化,充分发挥模型和数据各
的优势。
数字孪生技术与工程实践
目录
6.1知识及其表达
6.2模型和数据双驱动的优化
6.3基于数字孪生的机器学习
6.4基于数字孪生的装配优化
6.5基于数字孪生的设备维护
数字孪生技术与工程实践
6.1知识及其表达
数字孪生技术与工程实践
模型和知识
p模型是对现实系统有关结构信息和行为的某种形式的描述,是对系统的特征与变化规律的一种
定量抽象,是人们认识事物的一种手段或工具。
p对于“基于模型”说法中的“模型”一词,是知识的一种体现,通过模型,科学家/工程师把
隐性知识表达成显示知识(如数学模型),或者把隐藏在物理系统中的运行规律用另外一种计
算机可以模拟的方式表达出来(如仿真模型)。从这个意义上说,“基于模型的方法”和“基
于知识的方法”可以是类似的概念。
p知识工程中的形式化模型,包括知识表示模型、知识推理模型,这些模型表述了知识如何在计
算机中存储以及计算机如何处理应用知识。在数字孪生应用中,以知识工程的知识模型管理框
架结合数据智能方法,能很好地构建起“模型+数据”驱动的优化应用系统架构。
数字孪生技术与工程实践
数据和知识
p数据(Data)
n数据是世界的度量和表示,是外部世界中客观事物的符合记录,一般指没
有特定时间、空间背景和意义的数字、文字、图像或声音等。外部客观世
界中的原始资料可以称为数据,其存在不依赖于人类对它是否认知。
p信息(Information)
n数据的关联将产生信息,信息是对数据赋予含义而生成的,是具有特定含
义的彼此有关联的数据。信息来源于数据并高于数据。从数学的观点看,
信息是用来消除不确定的一个物理量。
p知识(Knowledge)
n信息的关联将产生知识,知识是对信息进行加工而形成的,是结构化的、
具有指导意义的信息。人们头脑中数据与信息、信息与信息在行动中的应
用之间所建立的有意义的联系,体现了知识的本质、原则和经验。
p智能/智慧(Intelligent/Wisdom)
n智能是理解知识、应用知识处理问题的能力,表现在知识与知识的关联上,
即运用已有的知识,针对物质世界发展过程中产生的问题,根据获得的知
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