2022年数字孪生技术与工程实践--全七章-数字孪生的发展.docx

数字孪生技术与工程实践 第1章数字孪生的发展 数字孪生技术与工程实践 引言—— “数字孪生”成为一个热门词汇 · 世界著名咨询公司Gartner连续三年(2017~2019)将数字孪生列入十大战略性科技发展趋势 ·德勤发布的《德勤2020技术趋势》中数字孪生是五大可引发颠覆性变革的关键新兴趋势之一 · 上海图书馆(上海科学技术情报研究所)发布的《2020全球前沿科技热点研究》报告中评选 出了7个领域的20项前沿科技热点，数字孪生亦罗列其中 · 市场研究公司MarketsMarkets 预测，数字孪生市场在从2019年到2025年的五年内将增长十 倍，从每年38亿美元增长到358亿美元，年复合增长率 (CAGR) 高达37.8%,汽车和交通运 输行业的数字孪生市场将占据最大的市场份额 · 全球知名的未来学家Thomas Frey预测，到2022年，85%的物联网平台将使用某种数字孪生 技术进行监控，并且在智能家居管理中心、工业设备监控、远程操控、智慧城市管理、现实世 界探索、健康监测与管理、大脑活动的监控与管理等七个方面极大改变现有的工作和生活方式 数字孪生技术与工程实践 问题 数字孪生 如何构建? 数字孪生 能解决什 么问题? 数字孪生 是如何产 生和发展 的? 数字孪生 系统的组 成是什么? 这些问题，在本书会得到解答。 数字孪生技术与工程实践 第1章目录 数字孪生技术与工程实践 1.1 物理孪生和数字孪生 数字孪生技术与工程实践 物理孪生 孪生 (Twin) 的概念来自NASA 的阿波罗项目：两个完全相同的空间飞行器。 中国的空间站也是如此： □ 在航天科技集团空间技术研究院的实验室， 一台与太空 中运行的天和核心舱一模一样的装备也正在运行中，它 被形象地称作地面空间站。 □ 这是地面的1:1 的物理在轨运营支持系统，主要作用是 它可以接收在轨的遥测数据，可以设置成跟天上一样的 飞行状态，来验证整个飞行程序。同时，如果需要对空 间站进行维护调整，可以在地面空间站上进行模拟操作， 各类操作步骤优化和确定后再指导太空中的宇航员进行 操作，以保证太空中各类动作一次成功完成。 数字孪生技术与工程实践 从“物理孪生到“数字孪生” ·而同一个时间下线的两件一样的工业产品，还不能称为“孪生体”。因为当代的工业体系，能 保证同时生产出来的产品是“一模一样”的，其性能也是基本一致的。但是如果两件产品运行 环境不同、运行参数不同，其行为和使用寿命是不同的。只有不同的两件产品在后期运行过程 中，通过数据同步，实现两件产品运行过程状态一致，才能称之为“孪生体” ·如果物理对象在数字空间有一个与其一致的孪生体，那就是“数字孪生” · 2003年，美国密歇根大学Michael Grieves教授提出“与物理产品等价的虚拟数字化表达”概 念，这可以看做是产品数字孪生的一个启蒙 · 2010年NASA 描述了航天器数字孪生的概念和功能 从“物理孪生”到“数字孪生” ·2011年3月，美国空军研究实验室 (Air Force Research Laboratory, AFRL) 结构力学部门的Pamela A. Kobryn和 Eric J.Tuegel, 做了一次演讲，题目是 “Condition-based Maintenance Plus Structural Integrity (CBM+SI) the Airframe Digital Twin (基于状态的维护+结构完整性战斗 机机体数字孪生)”,首次明确提到了数字孪生(Digital Twin) 这个词汇。2012年， NASA 和 AFRL 合作共同提出 了未来飞行器的数字孪生体范例，以应对未来飞行器高负载、 轻质量以及极端环境下服役更长时间的需求 ·信息镜像模型 (Information Mirroring Model): 包括三个 部分：真实世界的物理产品、虚拟世界的虚拟产品、连接虚 拟和真实空间的数据和信息。 数字孪生技术与工程实践 现实空间虚拟空间 现实空间 数据 过程 数字孪生技术与工程实践 1.2数字孪生的概念 数字孪生技术与工程实践 数字孪生的不同定义 · 也有称之为：数字镜像、数字映射、数字双胞胎、数字双生、数字孪生体等。 ·2017-2019年， Gartner 的定义： ·数字孪生是实物或系统的动态软件模型(2017) ·数字孪生是现实世界实物或系统的数字化表达(2018) ·数字孪生是现实生活中物体、流程或系统的数字镜像(2019) · Michael Grieves教授认为： ·数字孪生是一组虚拟信息结构，可以从微观原子级别到宏观几何级别全面描述潜在的物理制成品。 在最佳状态下，可以通过数字孪生获得任何物理制成品的信息 · 北京航