数字孪生是什么?生活中有哪些数字孪生的案例?

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本文我会从十个角度来解释清楚数字孪生的从前、现在和未来

目录放在这里,大家可自行翻阅

1.什么是数字孪生?
2.数字孪生如何运作(原理)
3. 数字孪生解决了那些问题?(图文)
4. 数字孪生从何而来?(谁发明的)
5. 什么阶段会需要用到数字孪生?
6. 为什么要设计数字孪生?如何设计?
7. 数字孪生的好处
8. 有哪些案例?(图文)
9. 对行业有哪些影响?
10. 在哪些行业能被更好应用?(全行业案例图文+视频)

首先

一. 什么是数字孪生?

数字孪生是物理对象、流程或服务的数字表示。数字孪生可以是物理世界中对象的数字复制品,例如喷气发动机或风力发电场,甚至是建筑物甚至整个城市等更大的物品。

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由数字孪生所创造的一整个智慧社区:来自EasyV数字孪生可视化

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除了实物资产,数字孪生技术还可用于复制流程,收集数据以预测它们的表现。

本质上,**数字孪生是一种计算机程序,**它使用真实世界的数据来创建可以预测产品或流程将如何执行的模拟。这些程序可以集成物联网、人工智能和软件分析以提高输出。

随着机器学习和大数据等因素的进步,这些虚拟模型已成为现代工程中推动创新和提高性能的主要内容。

简而言之,创建一个可以增强战略技术趋势,防止物理对象发生代价高昂的故障,并且还可以通过使用先进的分析、监控和预测能力、测试流程和服务。

二. 数字孪生如何运作?(原理)

数字孪生的诞生始于应用数学或数据科学专家研究物理对象或系统的物理和操作数据,以开发模拟原始对象的数学模型。

创建数字双胞胎的开发人员确保虚拟计算机模型可以接收来自传感器的反馈,这些传感器从现实世界中收集数据。这让数字版本可以实时模仿和模拟原始版本发生的情况,从而创造机会来深入了解性能和任何潜在问题。

数字孪生可以根据使用者需求的简单或复杂程度,不同数量的数据决定了模型模拟现实世界物理版本的精确程度。

双胞胎可以与原型一起使用,在产品开发时提供对产品的反馈,或者甚至可以作为原型本身来模拟物理版本在构建时可能发生的情况。

三. 它解决了哪些问题?

由于它可以用于广泛的行业,从汽车到医疗保健和发电,它已经被用于解决大量挑战。这些挑战包括海上风力涡轮机的疲劳测试和耐腐蚀性以及赛车的效率改进。其他应用包括医院建模以确定工作流程和人员配备以发现程序改进。

数字孪生允许用户研究产品生命周期延长、制造和流程改进以及产品开发和原型测试的解决方案。在这种情况下,数字孪生可以虚拟地表示一个问题,因此可以在程序中而不是在现实世界中设计和测试解决方案。

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四. 是谁发明的?

数字孪生的概念首先由 David Gelernter 在 1991 年出版的《镜像世界》一书中提出,佛罗里达理工学院的迈克尔·格里夫斯继续将该概念应用于制造业。

到 2002 年,格里夫斯在密歇根州特洛伊举行的制造工程师协会会议上正式介绍了数字双胞胎概念时,他已搬到密歇根大学。

然而,首先接受数字孪生概念的是NASA,并且在 2010 年的路线图报告中,NASA 的约翰·维克斯 (John Vickers) 为该概念命名。这个想法被用来创建太空舱和飞行器的数字模拟以进行测试。

数字孪生概念在 2017 年进一步传播,当时 Gartner 将其列为十大战略技术趋势之一。从那时起,这个概念被用于越来越多的工业应用和过程。

五. 什么阶段要使用数字孪生?

数字孪生可以分为三大类,它们显示了可以使用该过程的不同时间:

  • 数字孪生原型 (DTP) - 这是在创建物理产品之前进行的
  • 数字孪生实例 (DTI) – 在产品制造完成后完成,以便对不同的使用场景进行测试
  • 数字孪生聚合 (DTA) – 收集 DTI 信息以确定产品的功能、运行预测和测试操作参数

这些总体类型可以提供多种用途,包括物流规划、产品开发和重新设计、质量控制/管理和系统规划。

每当需要测试产品或流程时,无论是在设计、实施、监控还是改进方面,都可以使用数字孪生来节省时间和金钱。

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六. 为什么要设计数字孪生?如何设计?

如上所述,可以为各种应用创建数字孪生,例如,测试原型或设计、评估产品或流程在不同条件下的工作方式以及确定和监控生命周期。

数字孪生设计是通过收集数据并创建计算模型来进行测试的。这可以包括数字模型和实际物理对象之间的接口,以实时发送和接收反馈和数据。

大多数企业会选择寻找专业的数字孪生企业来设计数字孪生项目,国内此类企业如:

杭州易知微EasyV数字孪生可视化,阿里云DATAV可视化,腾讯云光启元RAYdata等....

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数据

数字孪生需要有关对象或过程的数据,以便创建可以表示现实世界项目或过程的行为或状态的虚拟模型。这些数据可能与产品的生命周期有关,包括设计规范、生产过程或工程信息。它还可以包括生产信息,包括设备、材料、零件、方法和质量控制。数据还可以与操作相关,例如实时反馈、历史分析和维护记录。数字孪生设计中使用的其他数据可能包括业务数据或报废程序。

模型

收集到数据后,可用于创建计算分析模型以显示运行效果、预测疲劳等状态并确定行为。这些模型可以根据工程模拟、物理、化学、统计学、机器学习、人工智能、业务逻辑或目标来规定行动。这些模型可以通过 3D 表示和增强现实建模来显示,以帮助人类理解研究结果。

链接

数字孪生的发现可以链接起来以创建概览,例如通过获取设备孪生的发现并将其放入生产线孪生中,然后生产线孪生可以为工厂规模的数字孪生提供信息。通过以这种方式使用链接的数字双胞胎,可以为现实世界的运营发展和改进启用智能工业应用。

七.数字孪生的好处

数字孪生的好处因使用时间和地点而异。例如,使用数字孪生来监控现有产品**,例如风力涡轮机或输油管道,可以减少维护负担并节省数百万的相关成本。**数字孪生还可用于制造前的原型设计,减少产品缺陷并缩短上市时间。数字孪生使用的其他实例可能包括流程改进,无论是根据输出监控人员配备水平还是使供应链与制造或维护要求保持一致。

常见的好处包括通过监控和模拟来提高可靠性和可用性以提高性能。他们还可以通过故障降低事故和计划外停机的风险,通过在故障发生之前预测故障来降低维护成本,并确保生产目标不受安排维护、维修和更换零件订购的影响。数字孪生还可以通过分析定制模型提供持续改进,并通过实时性能测试确保产品质量。

然而,尽管有所有好处,但数字孪生并不适用于所有情况,因为它会增加复杂性。一些业务问题根本不需要数字孪生,无需相关的时间和成本投资即可解决。

八. 有哪些案例?

数字孪生的示例可以在整个行业及其他行业中找到,用于制造、维护和故障预防/生命周期监控。

应用范围从遥测传感器提供车辆反馈到数字双胞胎程序的汽车用途,通过数字双胞胎模拟流程以提供改进的工厂,以及传感器可以通知数字双胞胎以监测和预测患者健康状况的医疗保健

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来自EasyV智慧停车场案例

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九. 数字孪生对行业有哪些影响?

通过人工智能、机器学习和软件分析等技术与数据的集成,数字孪生创建了一个模拟模型,该模型可以与物理对应物一起更新或代替物理对应物进行更新。这使公司能够评估从设计到部署甚至退役的完全计算机化的开发周期。

通过模仿物理资产、框架和操作来生成连续数据,数字孪生允许行业预测停机时间、对不断变化的环境做出反应、测试设计改进等等。

数字孪生是工业 4.0 发展的关键,可提供自动化、数据交换和联合制造流程以及降低产品推出风险。行业员工能够实时监控操作,提供可能出现故障的预先警报,并允许实时性能优化和评估,同时最大限度地降低生产力损失。

十. 在哪些行业能被更好应用?

数字双胞胎被用于各种行业,用于各种应用和目的。一些值得注意的例子包括:

生产

数字孪生可以使制造更加高效和简化,同时缩短生产时间。

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汽车

汽车行业使用数字孪生的一个例子是收集和分析车辆的运行数据,以便实时评估其状态并为产品改进提供信息。

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来自EasyV智慧车辆数据可视化

零售

在制造业和工业之外,数字双胞胎用于零售业来建模和增强客户体验,无论是在购物中心还是单个商店。

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来自EasyV通用模板,助力零售数据可视化

卫生保健

医疗部门在器官捐赠、手术培训和降低手术风险等领域受益于数字孪生。系统还对通过医院的人流进行建模,并跟踪可能存在感染的地方以及可能因接触而处于危险之中的人。

灾害管理

近年来,全球气候变化对全世界产生了影响,但数字孪生可以通过创建更智能的基础设施、应急响应计划和气候变化监测来帮助解决这一问题。

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来自EasyV水利防汛案例

智慧城市

数字孪生还可用于帮助城市在经济、环境和社会方面更具可持续性。虚拟模型可以指导规划决策并为现代城市面临的许多复杂挑战提供解决方案。例如,可以通过来自数字孪生的实时信息通知对问题的实时响应,从而使医院等资产能够对危机做出反应

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来自EasyV智慧城市案例

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人工智能
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