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數(shù)字孿生的原理

來源: | 2021-12-26
最早,數(shù)字孿生思想由密歇根大學(xué)的 Michael Grieves 命名為“信息鏡像模型”(Information Mirroring Model),而后演變?yōu)椤皵?shù)字孿生”的術(shù)語。數(shù)字孿生也被稱為數(shù)字雙胞胎和數(shù)字化映射。數(shù)字孿生是在 MBD 基礎(chǔ)上深入發(fā)展起來的,企業(yè)在實(shí)施基于模型的系統(tǒng)工程(MBSE)的過程中產(chǎn)生了大量的物理的、數(shù)學(xué)的模型,這些模型為數(shù)字孿生的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。2012 年 NASA 給出了數(shù)字孿生的概念描述:數(shù)字孿生是指充分利用物理模型、傳感器、運(yùn)行歷史等數(shù)據(jù),集成多學(xué)科、多尺度的仿真過程,它作為虛擬空間中對實(shí)體產(chǎn)品的鏡像,反映了相對應(yīng)物理實(shí)體產(chǎn)品的全生命周期過程。為了便于數(shù)字孿生的理解,莊存波等提出了數(shù)字孿生體的概念,認(rèn)為數(shù)字孿生是采用信息技術(shù)對物理實(shí)體的組成、特征、功能和性能進(jìn)行數(shù)字化定義和建模的過程。數(shù)字孿生體是指在計算機(jī)虛擬空間存在的與物理實(shí)體完全等價的信息模型,可以基于數(shù)字孿生體對物理實(shí)體進(jìn)行仿真分析和優(yōu)化。數(shù)字孿生是技術(shù)、過程、方法,數(shù)字孿體是對象、模型和數(shù)據(jù)。

進(jìn)入21世紀(jì),美國和德國均提出了 Cyber-Physical System(CPS),也就是“信息-物理系統(tǒng)”,作為先進(jìn)制造業(yè)的核心支撐技術(shù)。CPS 的目標(biāo)就是實(shí)現(xiàn)物理世界和信息世界的交互融合。通過大數(shù)據(jù)分析、人工智能等新一代信息技術(shù)在虛擬世界的仿真分析和預(yù)測,以最優(yōu)的結(jié)果驅(qū)動物理世界的運(yùn)行。數(shù)字孿生的本質(zhì)就是在信息世界對物理世界的等價映射,因此數(shù)字孿生更好的詮釋了 CPS,成為實(shí)現(xiàn) CPS 的最佳技術(shù)。


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