工業(yè)仿真軟件隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展，越來越多的企業(yè)和教學(xué)科研單位開始采購(gòu)并使用。

坦率地說，工業(yè)仿真軟件在國(guó)內(nèi)的使用進(jìn)程和國(guó)際進(jìn)程并不一致。國(guó)際上，尤其是工業(yè)軟件發(fā)源國(guó)家，他們對(duì)于工業(yè)軟件的使用是一種自然而然的漸進(jìn)過程。用軟件總結(jié)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，用經(jīng)驗(yàn)不斷豐富軟件，從而形成獨(dú)立的產(chǎn)品設(shè)計(jì)體系和逐漸成熟的軟件開發(fā)工具。

此所謂仿真軟件與工業(yè)應(yīng)用的本源。

國(guó)內(nèi)的軟件使用更多是由預(yù)算決定，而不是設(shè)計(jì)需求決定。差別就是完成采購(gòu)之后，往往束之高閣。

好的軟件采購(gòu)，一定是基于設(shè)計(jì)出發(fā)。采購(gòu)前對(duì)于軟件一定要進(jìn)行算例評(píng)測(cè)和產(chǎn)品試用，從而明確仿真軟件的真正功用和使用價(jià)值。

好的軟件供應(yīng)商，一定是基于客戶價(jià)值出發(fā)。在采購(gòu)前，充分研究軟件對(duì)于客戶的應(yīng)用場(chǎng)景和技術(shù)方案；采購(gòu)后，充分培訓(xùn)客戶，幫助客戶完成標(biāo)準(zhǔn)算例仿真，規(guī)范化實(shí)例仿真，多尺度優(yōu)化仿真三階段過程，充分體現(xiàn)仿真軟件的客戶價(jià)值。

捫心自問，由于諸多因素，在很多項(xiàng)目場(chǎng)景中無法按照三階段仿真進(jìn)行客戶培訓(xùn)。但是，起碼應(yīng)該坦蕩地說，三階段仿真培訓(xùn)方案、所需技術(shù)條件都已經(jīng)充分地和客戶進(jìn)行了交流和溝通，滿足合同要求的技術(shù)培訓(xùn)一定會(huì)高質(zhì)量完成。

DT（數(shù)字孿生）是一個(gè)越來越熱門的仿真技術(shù)領(lǐng)域，它的本源是什么？

什么是數(shù)字孿生？

數(shù)字孿生是系統(tǒng)、流程或服務(wù)的動(dòng)態(tài)虛擬模型。因此，產(chǎn)品、工廠或商業(yè)服務(wù)都可以擁有自己的數(shù)字孿生。數(shù)字孿生的愿景要求將來自物理系統(tǒng)（或流程）的業(yè)務(wù)、前后關(guān)聯(lián)部分和傳感器數(shù)據(jù)整合到數(shù)字孿生的虛擬系統(tǒng)模型中，以促進(jìn)分析、規(guī)避問題并制定明智的技術(shù)路線圖。通過集成虛擬和物理世界，數(shù)字孿生能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控系統(tǒng)和流程，并及時(shí)分析數(shù)據(jù)，以便在問題出現(xiàn)之前阻止問題，安排預(yù)防性維護(hù)以減少/防止停機(jī)時(shí)間，發(fā)現(xiàn)新的商機(jī)，并規(guī)劃未來的升級(jí)和新發(fā)展。雖然虛擬模型往往是系統(tǒng)、部件或一系列部件的通用表示，但數(shù)字孿生代表一個(gè)實(shí)例（即特定系統(tǒng)或過程）。數(shù)字孿生技術(shù)有可能降低系統(tǒng)驗(yàn)證和測(cè)試的成本，同時(shí)提供對(duì)系統(tǒng)行為的早期洞察。

隨著物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的出現(xiàn)，數(shù)字孿生技術(shù)的實(shí)施變得具有成本效益，并且在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）社區(qū)中越來越被接受，該社區(qū)往往專注于大型、復(fù)雜、資本密集型設(shè)備。與此同時(shí)，繼續(xù)投資工業(yè)4.0的航空航天和國(guó)防工業(yè)已經(jīng)開始投資數(shù)字孿生技術(shù)。

根據(jù)定義，數(shù)字孿生需要物理孿生體進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的交互。數(shù)字孿生中的虛擬系統(tǒng)模型可以隨著物理系統(tǒng)狀態(tài)的變化（在運(yùn)行期間）而實(shí)時(shí)變化。數(shù)字孿生由物聯(lián)網(wǎng)連接的產(chǎn)品和數(shù)字線程組成。數(shù)字線程在系統(tǒng)的整個(gè)生命周期內(nèi)提供連接，并從物理孿生收集數(shù)據(jù)以更新數(shù)字孿生中的模型。

數(shù)字孿生將虛擬環(huán)境和物理環(huán)境聯(lián)系起來。物理環(huán)境包括物理系統(tǒng)、外部傳感器、通信接口和交聯(lián)系統(tǒng)組成。與物理系統(tǒng)相關(guān)的操作和維護(hù)數(shù)據(jù)都將提供給虛擬環(huán)境，以更新數(shù)字孿生中的虛擬模型。因此，數(shù)字孿生成為物理系統(tǒng)的精確和最新表示，也反映了物理孿生的操作環(huán)境。重要的是，即使產(chǎn)品供應(yīng)商在售出物理孿生體后，與物理孿生體的關(guān)系也可以繼續(xù)，從而可以跟蹤每個(gè)物理孿生體隨時(shí)間推移的性能和維護(hù)歷史記錄，檢測(cè)和報(bào)告異常行為，并建議/計(jì)劃維護(hù)。

研究人員通常將數(shù)字孿生描述為對(duì)系統(tǒng)的集成多物理場(chǎng)、多尺度和概率模擬，該模擬使用最佳可用物理模型、傳感器的最新數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，可能影響產(chǎn)品的制造異常也需要明確考慮、評(píng)估和監(jiān)控。

除了在售產(chǎn)品的高保真物理模型外，數(shù)字孿生還集成了來自產(chǎn)品健康管理系統(tǒng)的傳感器數(shù)據(jù)、維護(hù)歷史以及通過數(shù)據(jù)挖掘和文本挖掘等技術(shù)獲得的所有可用歷史數(shù)據(jù)。通過結(jié)合來自這些不同信息源的數(shù)據(jù)，數(shù)字孿生可以持續(xù)預(yù)測(cè)產(chǎn)品健康狀況、剩余使用壽命和任務(wù)成功概率。數(shù)字孿生還可用于預(yù)測(cè)系統(tǒng)對(duì)安全關(guān)鍵事件的響應(yīng)，并通過比較預(yù)測(cè)和實(shí)際響應(yīng)，在問題變得嚴(yán)重之前發(fā)現(xiàn)新問題。最后，數(shù)字孿生上的系統(tǒng)能夠通過激活自我修復(fù)機(jī)制或建議改變?nèi)蝿?wù)配置文件以減少負(fù)載來減輕損壞或退化，從而增加任務(wù)的壽命和成功的可能性。

數(shù)字孿生的測(cè)試環(huán)境涉及一個(gè)儀器化測(cè)試平臺(tái)，其中基于模型的系統(tǒng)工程（MBSE）工具（例如，系統(tǒng)建模和驗(yàn)證工具）和操作場(chǎng)景模擬（例如，離散事件模擬，基于代理的模擬）用于在實(shí)驗(yàn)者的控制下探索虛擬原型在假設(shè)模擬模式下的行為。

來自測(cè)試環(huán)境的結(jié)論用于修改虛擬原型中使用的系統(tǒng)模型。初期虛擬原型使用物理系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)來實(shí)例化數(shù)字孿生。隨后，數(shù)字孿生會(huì)不斷更新，因此它忠實(shí)地反映了物理孿生的特征和歷史。

MBSE是構(gòu)建DT虛擬系統(tǒng)原型的主要方法。

MBSE工具套件包括系統(tǒng)建模方法（例如，SysML模型、設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)矩陣、過程依賴結(jié)構(gòu)矩陣、概率模型，例如部分可觀察馬爾可夫決策過程（POMDP）、離散事件模擬、基于代理的模擬、基于模型的邏輯關(guān)心、MBSE知識(shí)庫(kù)（構(gòu)成權(quán)威事實(shí)來源）和系統(tǒng)工程生命周期過程模型。虛擬系統(tǒng)模型的范圍可以從輕量級(jí)模型到完整模型。輕量級(jí)模型反映了簡(jiǎn)化的結(jié)構(gòu)（例如，簡(jiǎn)化的幾何圖形）和簡(jiǎn)化的物理場(chǎng)（例如，簡(jiǎn)化階次模型），以減少計(jì)算負(fù)載，特別是在前期工程活動(dòng)中。

數(shù)字孿生的特點(diǎn)

數(shù)字孿生在以下重要方面與傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/計(jì)算機(jī)輔助工程（CAD/CAE）模型不同：

它是一個(gè)特定實(shí)例，反映了結(jié)構(gòu)、性能、運(yùn)行狀況和特定于任務(wù)的特征，例如飛機(jī)的飛行里程、經(jīng)歷的故障以及物理孿生體的維護(hù)和維修歷史

它有助于根據(jù)對(duì)系統(tǒng)維護(hù)歷史和觀察到的系統(tǒng)行為的了解來確定何時(shí)安排預(yù)防性維護(hù)

它有助于了解物理孿生體在現(xiàn)實(shí)世界中的性能，以及將來通過及時(shí)維護(hù)預(yù)期如何執(zhí)行

它允許開發(fā)人員觀察系統(tǒng)性能，以了解例如修改的執(zhí)行情況，并更好地了解操作環(huán)境

它通過數(shù)字線程提供的連接促進(jìn)生命周期階段之間的可追溯性

它有助于通過預(yù)測(cè)分析來完善假設(shè)，并從物理系統(tǒng)收集并合并到數(shù)字孿生中的數(shù)據(jù)可以與其他信息源一起進(jìn)行分析，以預(yù)測(cè)未來的系統(tǒng)性能

它使維護(hù)人員能夠?qū)收系倪h(yuǎn)程設(shè)備進(jìn)行故障排除并執(zhí)行遠(yuǎn)程維護(hù)

它將來自物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)與來自物理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)相結(jié)合，例如，優(yōu)化服務(wù)和制造流程，并確定所需的設(shè)計(jì)改進(jìn)（例如，改進(jìn)物流支持，提高任務(wù)性能）

數(shù)字孿生的價(jià)值

使用真實(shí)數(shù)據(jù)驗(yàn)證系統(tǒng)模型

操作環(huán)境數(shù)據(jù)以及系統(tǒng)與該環(huán)境的交互可以合并到數(shù)字孿生中，以驗(yàn)證其模型并進(jìn)行評(píng)估和預(yù)測(cè)。

為用戶提供決策支持和警報(bào)

在整合運(yùn)營(yíng)、維護(hù)和健康數(shù)據(jù)后，數(shù)字孿生可以在假設(shè)分析模式下使用，以生成量身定制的決策支持信息，并向物理系統(tǒng)的操作員/用戶發(fā)出警報(bào)。

預(yù)測(cè)物理系統(tǒng)隨時(shí)間的變化

來自物理孿生的運(yùn)營(yíng)、維護(hù)和運(yùn)行狀況數(shù)據(jù)進(jìn)行基于仿真的分析有助于優(yōu)化運(yùn)營(yíng)（包括滿足需求和確定根本原因），增強(qiáng)應(yīng)急計(jì)劃和預(yù)測(cè)系統(tǒng)性能。數(shù)字孿生還可以嵌入到控制回路中，以預(yù)測(cè)物理系統(tǒng)的變化，并調(diào)整/修改物理系統(tǒng)參數(shù)以應(yīng)對(duì)突發(fā)事件。

發(fā)現(xiàn)新的應(yīng)用機(jī)會(huì)和收入來源

通過數(shù)字孿生，可以評(píng)估不同版本的系統(tǒng)，以確定哪些功能提供了“最大的收益”。機(jī)器學(xué)習(xí)和其他數(shù)據(jù)科學(xué)技術(shù)可以促進(jìn)對(duì)生成的大量數(shù)據(jù)的及時(shí)分析，從而提供對(duì)潛在新用途和收入來源的見解。

到目前為止，最初的一系列數(shù)字孿生計(jì)劃都集中在復(fù)雜的高成本系統(tǒng)上。然而，如今，隨著傳感器、通信網(wǎng)絡(luò)、分析和仿真成本模型的進(jìn)步，幾乎可以為任何系統(tǒng)開發(fā)數(shù)字孿生。

數(shù)字孿生的分級(jí)

預(yù)數(shù)字孿生（I級(jí)）

該階段是在前期工程設(shè)計(jì)期間創(chuàng)建的傳統(tǒng)虛擬原型。它支持概念設(shè)計(jì)和初步設(shè)計(jì)的決策。虛擬原型是所設(shè)想系統(tǒng)的虛擬通用可執(zhí)行系統(tǒng)模型，通常在構(gòu)建物理原型之前創(chuàng)建。其主要目的是降低技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)并發(fā)現(xiàn)前期工程中的問題。我們稱之為虛擬原型-預(yù)數(shù)字孿生。與大多數(shù)模型驅(qū)動(dòng)方法一樣，虛擬原型設(shè)計(jì)涉及設(shè)計(jì)過程早期的系統(tǒng)模型。但是，虛擬原型通常不用于推導(dǎo)最終系統(tǒng)。這是因?yàn)樘摂M原型可以是“一次性”原型或“可重復(fù)使用”原型。后者可用于推導(dǎo)最終系統(tǒng)。虛擬原型主要用于驗(yàn)證有關(guān)系統(tǒng)的某些關(guān)鍵決策，并在設(shè)計(jì)過程的早期降低特定的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。下圖顯示了使用Modelica提供的汽車系統(tǒng)I級(jí)孿生。該模型由理想車輪組成，帶有在表面上滾動(dòng)的干摩擦接觸片。它采用簡(jiǎn)單（即低保真）的差速器模型，將扭矩均勻地分配給車輪，并反映慣性、質(zhì)量、固定平移和扭矩等特性，以實(shí)現(xiàn)具有質(zhì)量特性的車輛的基本結(jié)構(gòu)。平面世界組件用于定義重力和全局坐標(biāo)系。傳感器測(cè)量絕對(duì)位置、速度和加速度。軌跡控制模塊為轉(zhuǎn)向和差速器機(jī)構(gòu)提供扭矩值。例如，這種低保真模型可用于測(cè)試、規(guī)劃和決策算法，例如，與執(zhí)行變道的自動(dòng)駕駛汽車的軌跡控制相關(guān)的算法。

數(shù)字孿生（II級(jí)）

該級(jí)別是數(shù)字孿生，其中虛擬系統(tǒng)模型能夠合并來自物理孿生的性能、運(yùn)行狀況和維護(hù)數(shù)據(jù)。虛擬表示是通用系統(tǒng)模型的實(shí)例化，從物理系統(tǒng)接收批量更新，用于支持概念設(shè)計(jì)、技術(shù)規(guī)范、初步設(shè)計(jì)和開發(fā)中的高級(jí)決策。從物理傳感器和物理孿生中的計(jì)算元素收集的數(shù)據(jù)收集包括健康狀況數(shù)據(jù)（例如，電池電量），任務(wù)性能數(shù)據(jù)（例如，飛行小時(shí)數(shù)）。數(shù)據(jù)被報(bào)告回?cái)?shù)字孿生，數(shù)字孿生更新其模型，包括物理系統(tǒng)的維護(hù)計(jì)劃。由于與物理系統(tǒng)的交互是雙向的，因此物理孿生體有足夠的機(jī)會(huì)使用從一個(gè)或多個(gè)數(shù)字孿生體獲得的知識(shí)來提高其在實(shí)時(shí)操作期間的性能。此級(jí)別的數(shù)字孿生用于探索物理孿生在各種假設(shè)場(chǎng)景中的行為。作為可執(zhí)行的數(shù)字表示，在測(cè)試臺(tái)的受控仿真環(huán)境中探索系統(tǒng)行為時(shí)很容易操作。發(fā)現(xiàn)的任何缺陷都用于修改物理孿生體，其中包含數(shù)字孿生中反映的更改。下圖顯示了乘用車的2級(jí)系統(tǒng)孿生模型示例。該模型是使用Modelica工具的車輛界面庫(kù)構(gòu)建的。搭載帶動(dòng)力分流混合動(dòng)力總成的乘用車。底盤模型具有單一自由度，具有與質(zhì)量和速度相關(guān)的阻力屬性。利用駕駛員動(dòng)作產(chǎn)生的制動(dòng)踏板位置計(jì)算制動(dòng)扭矩的制動(dòng)子系統(tǒng)。這會(huì)影響傳動(dòng)系統(tǒng)。傳動(dòng)系統(tǒng)模型由四個(gè)帶前輪驅(qū)動(dòng)的車輪和理想差速器組成。功率分配裝置由理想的無損耗的行星齒輪組成。具有恒壓源的理想電池為直流電機(jī)型號(hào)供電，電感器、電阻器和電動(dòng)勢(shì)組件連接到軸轂。帶飛輪的發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)由線控驅(qū)動(dòng)加速器組成，其中加速器輸入轉(zhuǎn)換為輸出扭矩。道路模型，環(huán)境和相關(guān)軟件于定義慣性坐標(biāo)系，重力，空氣溫度，風(fēng)速，空氣的氣體常數(shù)和氣壓。此模型中使用的數(shù)據(jù)來自物理孿生體。

自適應(yīng)數(shù)字孿生（III級(jí)）

該級(jí)別是自適應(yīng)數(shù)字孿生。它為物理和數(shù)字孿生提供了一個(gè)自適應(yīng)用戶界面（本著智能產(chǎn)品模型的出發(fā)點(diǎn)）。自適應(yīng)用戶界面對(duì)用戶/操作員的偏好和優(yōu)先級(jí)很敏感。這個(gè)級(jí)別的一個(gè)關(guān)鍵能力是能夠?qū)W習(xí)不同情況下人類操作員的偏好和優(yōu)先級(jí)。這些特征是使用基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)督機(jī)器學(xué)習(xí)算法捕獲的。此數(shù)字孿生中采用的模型會(huì)根據(jù)從物理孿生中實(shí)時(shí)“提取”的數(shù)據(jù)不斷更新。系統(tǒng)使用后也可批量接受信息。這種數(shù)字孿生可以在運(yùn)營(yíng)、維護(hù)和支持期間支持實(shí)時(shí)規(guī)劃和決策。

智能數(shù)字孿生（IV級(jí)）

該級(jí)別是智能數(shù)字孿生。它具有3級(jí)數(shù)字孿生的所有功能（包括監(jiān)督機(jī)器學(xué)習(xí)）。此外，它還具有無監(jiān)督機(jī)器學(xué)習(xí)能力，可以識(shí)別操作環(huán)境中遇到的對(duì)象和模式，并在不確定的、部分可觀察的環(huán)境中對(duì)系統(tǒng)和環(huán)境狀態(tài)進(jìn)行強(qiáng)化學(xué)習(xí)。這個(gè)級(jí)別的數(shù)字孿生具有高度的自主性。在此級(jí)別，數(shù)字孿生可以分析來自現(xiàn)實(shí)世界對(duì)應(yīng)物的更精細(xì)的性能、維護(hù)和運(yùn)行狀況數(shù)據(jù)。

數(shù)字孿生的技術(shù)

數(shù)字孿生可以通過數(shù)字線程集成到MBSE工具套件中，并有可能成為基于模型的系統(tǒng)工程（MBSE）的核心元素。事實(shí)上，MBSE可以作為數(shù)字線程的起點(diǎn)。使用從物聯(lián)網(wǎng)收集的數(shù)據(jù)，可以運(yùn)行系統(tǒng)仿真來探索故障模式，從而隨著時(shí)間的推移逐步改進(jìn)設(shè)計(jì)。例如，制造商可以使用設(shè)計(jì)失效模式和影響分析（DFMEA）等MBSE工具將數(shù)字孿生鏈接到其服務(wù)歷史、制造流程、設(shè)計(jì)歷史、實(shí)時(shí)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)、特定于配置的仿真模型和預(yù)期故障模式。將仿真輸出與實(shí)際結(jié)果進(jìn)行比較的能力可以提供有關(guān)物理孿生體的寶貴見解。使用適當(dāng)?shù)腗BSE工具，工程師可以生成事件驅(qū)動(dòng)或基于代理的仿真，分別探索數(shù)字孿生的行為和交互。數(shù)字孿生可以整合3D數(shù)據(jù)和仿真，以及使用響應(yīng)面模型等方法進(jìn)行表征。為了衡量客戶體驗(yàn)以及創(chuàng)新對(duì)該體驗(yàn)的影響，可以使用數(shù)字孿生在適當(dāng)?shù)某橄蠹?jí)別模擬工廠、產(chǎn)品或服務(wù)。例如，國(guó)防部有一項(xiàng)政策，即對(duì)可更換單元進(jìn)行條形碼編碼，以便在后勤支持中進(jìn)行分析。這項(xiàng)政策的好處將適用于數(shù)字孿生。

數(shù)字孿生和仿真

工程師可以使用與數(shù)字孿生相關(guān)的仿真來預(yù)測(cè)物理孿生在現(xiàn)實(shí)世界中的預(yù)期性能。與此形成對(duì)比的是，必須依賴設(shè)計(jì)過程中通常采用的理想和感知的最壞情況條件?？梢詫?shí)際系統(tǒng)性能數(shù)據(jù)與來自數(shù)字孿生的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，從而促使做出有助于成功任務(wù)成果的調(diào)整決策。此外，通過將物理孿生中的數(shù)據(jù)合并到數(shù)字孿生中，工程師可以改進(jìn)系統(tǒng)模型，并隨后使用數(shù)字孿生的分析結(jié)果來改善物理系統(tǒng)在現(xiàn)實(shí)世界中的運(yùn)行。

數(shù)字孿生和機(jī)器學(xué)習(xí)

對(duì)于簡(jiǎn)單的應(yīng)用程序，數(shù)字孿生技術(shù)無需使用機(jī)器學(xué)習(xí)即可提供價(jià)值。簡(jiǎn)單應(yīng)用的特點(diǎn)是變量數(shù)量有限，輸入和輸出之間具有易于發(fā)現(xiàn)的線性關(guān)系。然而，大多數(shù)與多個(gè)數(shù)據(jù)流競(jìng)爭(zhēng)的現(xiàn)實(shí)世界系統(tǒng)都可以從機(jī)器學(xué)習(xí)和分析中受益，以理解數(shù)據(jù)。在這種情況下，機(jī)器學(xué)習(xí)意味著應(yīng)用于數(shù)據(jù)流的任何算法，以發(fā)現(xiàn)/發(fā)現(xiàn)隨后可以通過各種方式利用的模式。例如，機(jī)器學(xué)習(xí)可以自動(dòng)執(zhí)行復(fù)雜的分析任務(wù)。它可以實(shí)時(shí)評(píng)估數(shù)據(jù)，在最少的監(jiān)督需求下調(diào)整行為，并增加獲得預(yù)期結(jié)果的可能性。機(jī)器學(xué)習(xí)還有助于產(chǎn)生可操作的見解，從而節(jié)省成本。智能建筑是受益于數(shù)字孿生中的機(jī)器學(xué)習(xí)功能的應(yīng)用的一個(gè)很好的例子。數(shù)字孿生中的機(jī)器學(xué)習(xí)用途包括：在基于模擬的受控實(shí)驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)中監(jiān)督學(xué)習(xí)（例如，使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）操作員/用戶偏好和優(yōu)先級(jí)。例如，在虛擬和現(xiàn)實(shí)環(huán)境中使用聚類技術(shù)對(duì)對(duì)象和模式進(jìn)行無監(jiān)督學(xué)習(xí)；以及在不確定、部分可觀察的操作環(huán)境中對(duì)系統(tǒng)和環(huán)境狀態(tài)進(jìn)行強(qiáng)化學(xué)習(xí)。

數(shù)字孿生和物聯(lián)網(wǎng)（IoT）

將數(shù)字孿生連接到物聯(lián)網(wǎng)帶來了了解物理孿生體（例如，制造裝配線、自動(dòng)駕駛汽車網(wǎng)絡(luò)）在操作環(huán)境中的行為和執(zhí)行方式所需的數(shù)據(jù)。此外，物聯(lián)網(wǎng)和數(shù)字孿生的結(jié)合可以增強(qiáng)物理系統(tǒng)和操作流程的預(yù)防性維護(hù)和基于分析/AI（人工智能）的優(yōu)化。作為物理世界和虛擬世界之間的橋梁，物聯(lián)網(wǎng)可以將性能、維護(hù)和健康數(shù)據(jù)從物理孿生傳遞到數(shù)字孿生。將來自真實(shí)數(shù)據(jù)的見解與預(yù)測(cè)建模相結(jié)合，可以增強(qiáng)做出明智決策的能力，從而有可能創(chuàng)建有效的系統(tǒng)、優(yōu)化的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)和新的業(yè)務(wù)模型。

數(shù)字孿生和成本

在決定將數(shù)字孿生集成到MBSE和系統(tǒng)工程流程中時(shí)，成本始終是一個(gè)重要的考慮因素。明確定義的范圍和目的是估算實(shí)施數(shù)字孿生的成本的先決條件。雖然數(shù)字孿生需要更大的前期投資，但數(shù)字孿生的加入有望在系統(tǒng)生命周期中提供可觀的投資回報(bào)。根據(jù)生成虛擬系統(tǒng)表示所需的復(fù)雜程度、時(shí)間和精力，成本可能會(huì)有所不同。然而，在當(dāng)今世界，大多數(shù)組織都在追求創(chuàng)建虛擬系統(tǒng)模型，因?yàn)樗鼈冊(cè)跍p少驗(yàn)證和測(cè)試持續(xù)時(shí)間和成本方面具有價(jià)值。數(shù)字孿生是這一過程中合乎邏輯的下一步。數(shù)字孿生的成本是系統(tǒng)中組件數(shù)量、組件之間的接口和依賴關(guān)系、用于實(shí)現(xiàn)特定功能的算法的復(fù)雜性以及構(gòu)建數(shù)字孿生所需的知識(shí)和專有技術(shù)。重要的是，構(gòu)建數(shù)字孿生以供重用可以進(jìn)一步降低成本。

未來展望

未來，數(shù)字孿生技術(shù)有望成為MBSE的核心能力，因?yàn)樗梢允筂BSE跨越整個(gè)系統(tǒng)生命周期，同時(shí)幫助MBSE滲透制造、建筑和房地產(chǎn)等新市場(chǎng)。具體而言，數(shù)字孿生可用于前期工程（例如，系統(tǒng)概念化和模型驗(yàn)證）、測(cè)試（例如，基于模型的系統(tǒng)驗(yàn)證）、系統(tǒng)維護(hù)（例如，基于狀態(tài)的維護(hù)）和智能制造。另一方面，MBSE可以貢獻(xiàn)各種系統(tǒng)建模結(jié)構(gòu)和建模語(yǔ)言，數(shù)字孿生可以在虛擬系統(tǒng)表示中利用這些結(jié)構(gòu)和建模語(yǔ)言。

維護(hù)將是數(shù)字孿生的主要貢獻(xiàn)領(lǐng)域。例如，數(shù)字孿生將幫助組織從基于計(jì)劃的維護(hù)過渡到基于狀態(tài)的維護(hù)，從而大大降低系統(tǒng)維護(hù)成本，同時(shí)提高系統(tǒng)可用性。同樣，數(shù)字孿生可以在飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)維護(hù)中利用。目前，飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)通常會(huì)根據(jù)飛行小時(shí)數(shù)進(jìn)行拆卸和重建，無論其中大部分時(shí)間只是在高空巡航還是執(zhí)行高重力機(jī)動(dòng)。數(shù)字孿生技術(shù)可以幫助我們更好地了解維護(hù)需求并相應(yīng)地安排維護(hù)。

數(shù)字孿生技術(shù)是早期了解系統(tǒng)性能和技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵。數(shù)字線程可以促進(jìn)知識(shí)從一個(gè)程序到另一個(gè)程序的上游和下游轉(zhuǎn)移。在MBSE標(biāo)準(zhǔn)中，數(shù)字孿生可以成為系統(tǒng)生命周期中唯一權(quán)威的事實(shí)來源。通過利用基于仿真的建模和數(shù)據(jù)分析，數(shù)字孿生可以幫助量化成本和性能方面的利潤(rùn)和不確定性。數(shù)字線程提供的數(shù)字連接與數(shù)字孿生提供的可信數(shù)據(jù)和知識(shí)相結(jié)合，可以加速M(fèi)BSE中采用的系統(tǒng)工程流程的轉(zhuǎn)型。

我們相信數(shù)字孿生技術(shù)繼續(xù)在航空航天和國(guó)防、制造、石油化工多個(gè)行業(yè)取得令人矚目的進(jìn)展。

審核編輯：湯梓紅