数字孪生技术如何推动产业发展?_数字孪生技术综述与展望

由网友 VeryCloud 提供的答案：

数字孪生是当今信息技术领域的热门话题之一,它利用现代计算机技术,将实体物理系统或过程的数字副本与其实际运行进行同步,以提高效率、降低成本、提高质量。在数字化时代,企业需要不断创新和探索新的发展模式和路径,而数字孪生是一个极有潜力的方向。

数字孪生的关键技术包括建模、渲染、仿真、物联网、虚拟调试、可视化等,而要实现数字孪生,则需要充分利用计算机技术和数据科学方法,收集真实世界中大量的数据,构建数字孪生系统。而为了满足这些应用需求,数字孪生需要一个高性能、可扩展、易于管理和安全的计算和存储平台,需具有很强的灵活性和适应性。

VeryCloud可以根据客户实际需求分配计算和存储资源,以提高IT资源的利用率和效率。同时提供高速、可靠和安全的云平台,使得客户可以更加安全便捷地共享和管理自己的数据。

在VeryCloud的底层算力调度下,基于对平台开发和数字化转型的丰富经验,数字孪生可视化技术目前主要应用在农业和能源领域。

数字孪生,不仅是一个新技术

以VeryCloud在农业领域的应用为例：

在农业领域,通过GIS地图对真实世界原始数据进行数字孪生地图建模。

并结合基础空间数据、社会属性数据以及农作物数据等实现全镇的数字孪生,提高生产效率、优化资源利用、改善产品质量和保护环境等方面。

后期还可结合乡村基层治理,实时显示事件上报、跟踪、处理信息,协助管理者更直观的协同指挥,能实现以下更多场景的应用。

不仅农业领域,VeryCloud还帮助客户在能源行业中,以数字化场景、孪生化呈现、智慧化模拟、精准化决策为路径,通过对现实环境中难以触及的设备数据进行抽象到具象的呈现,赋能双碳建设,从而监测和控制能源系统的运行情况,优化能源使用,提高能源利用效率。

除此之外,作为新兴通用型技术,数字孪生正加速向城市治理、交通运输、教育培训、应急、养老等各行业深入渗透,已成为数字化转型过程中不可或缺的新技术引擎。

数字孪生技术在各个行业的应用已经成为了不可忽视的趋势。通过数字孪生技术,客户可以提高效率和质量,降低成本,增加创新,并提高安全性。数字孪生技术的深入推广将有助于促进政企及更多社会化场景创新发展,在未来将成为企业和组织进行数字化转型和可持续发展的重要工具之一。

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数字孪生,不仅是一个新技术

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由网友 杨同学PhD 提供的答案：

首先介绍一下业内数字孪生比较流行的定义

数字孪生：是充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据,集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程,在虚拟空间中完成映射,从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。

——美国国防采办大学DAU

首先,从产品的角度来看

产品数字孪生体的主要作用之一就是映射、监控与操纵、诊断、预测。传统的制造行业,以人员经验和主观判断为依据,而且无法做到实时监测和精准判断,随着科技的发展,融合了各项新技术如云计算、大数据、人工智能等新一代信息技术的制造业,变得更加"智能化",不仅能够实时地对产品全生命周期过程进行监测,更能通过各种传感器实时采集的数据通过计算中心计算,预测、诊断,实现在无人值守情况下的智能检测和决策,减少了故障造成的不合格率和停机等重大问题的发生,极大地解放了生产力,并提高了生产效率。

其次,从企业创新的角度来看

通过数字纽带技术,在产品全生命周期各阶段,将产品开发、产品制造、产品服务等各个环节数据在产品数字孪生体中进行关联映射,在此基础上以产品数字孪生体为单一产品数据源,实现产品全生命周期各阶段的高效协同,最终实现虚拟空间向物理空间的决策控制,以及数字产品到物理产品的转变。

另外,从产品质量数据积累意义来看

大数据技术的发展为产品数字孪生体的数据积累和挖掘应用做了坚实的技术铺垫,产品数字孪生体是产品全生命周期的数据中心,记录了产品从概念设计直至报废/回收的所有模型和数据,是物理产品在全生命周期的数字化档案,反映了产品在全生命周期各阶段的形成过程、状态和行为。产品数字孪生体实时记录了产品从出生到消亡的全过程,并且在产品所处的任何阶段都能够调用该阶段以前所有的模型和数据,产品在任何时刻、任何地点和任何阶段都是状态可视、行为可控、质量可追溯的。比如在产品使用阶段,产品数字孪生体在产品设计和制造阶段的所有数据和模型记录集合能够为产品质量追溯、产品可靠性分析提供准确的模型和数据来源。

从这三个角度来看,数字孪生技术带来的效益远不止技术本身实现,还涉及了更加广泛的积极影响,数字孪生从产品设计、制造、维护、回收等全生命周期的作用,整合了数据流、工作流、解决了企业开发新产品通常会面临的成本、时间和风险三大问题,极大地驱动了企业进行产品创新的动力,数字孪生技术的应用,将会为缩短研发与产品制造时间,提高企业竞争力提供巨大的推动力。

由网友 大象云 提供的答案：

您好！

我们是大象云科技,专注专业于BIM云计算数据引擎和CIM云计算数据引擎！

关于数字经济的新科技成果,其立于不同的维度和层面,有不一样的解读,以下就我们所了解中予以介绍,其可以分为两个方面,其一是基础性能的提升,其二是应用技术的融合。

关于基础性能的提升,我们看到在过往的发展中,我国社会经济从电子化走入信息化,又从信息化开始过渡向数字化,最终会实现真正的智慧化,其核心底层的变化之一便是数据体量总体不管增大,数据颗粒度不断精细,数据多源异构之间的交互融合要求更加突出。例如在建筑信息化中,客户已经开始不满足于传统的高逼真三维模型,而是更要求模型集成全专业、多格式的完整数据,从而实现在全生命周期的不断阶段根据不同要求予以功能的封装。

如上,我们可以看到随着数据体量、颗粒度、融合要求等方面的提升,一来国家行为如东数西算工程的开展,逐渐开始为全国的算力资源打造一个坚实的平台,客户也更加倾向于云计算方式来进行相应系统的搭建封装；二来对于底层PaaS组件,例如三维数据引擎,其更加强调于引擎对于云计算的适配以承载更大的数据体量,另外需要前沿图形图像算法来支持相关数据融合的开发,提供足够的API接口予以封装不同的功能。

类似的,从云计算到边缘计算等方面,围绕着算力基础和算力算法为核心的多方向基础性能改善行动正在如火如荼的进展中。

另一方面,关于应用技术的融合,我们可以看到功能的应用不再仅限于大屏、Web端电脑,而是要求在手机端、头显设备等多端进行交互,这种交互既有数据的采集目的,也有数据输出的决策参考等多个方面。以常见的手机端为例,应用系统的延伸已经超越了简单将手机作为数据终端PDA查询的简单功能,而是将其作为一个数据采集终端予以应用。

在某些平台的报告输出过程中,我们看到可以将手机作为签名版予以手写,从而附着签名至报告上以形成更强的背书效力；在通视分析等情景中,不同于以往在工作室、办公室中的电脑模拟浏览,手机让工作者可以在现场,以手机作为AR交互设备,实景参照周边物理世界,对目标区域进行建筑工程等目标物的建造模拟、通视分析等功能；在室内导航的实景路线采集过程中,通过现有手机的MONO等摄像头设备,光学采集周边环境以形成有限空间的扫描,从而支持后期室内导航的动线、目的地等规划,并在实际使用中以光学采集的原理AI识别定位,从而摆脱需要GPS、WIFI等信号定位的限制。

除了手机,我们看到不同技术之间也开始呈现加速的融合,例如对于文字识别判断和对三维模型的识别判断,其在三维智能审查平台中便得到充分运用,一方面通过对政府强制性条款规范的自然语义予以AI识别并自动转化为计算机语义版本,从而让计算机有自动审查的参数标准,另一方面也通过平台云计算三维数据引擎对BIM模型予以完整数据的支持,从而实现模型构件与参数标准之间的匹配,快速发现合规性问题,支持设计人员自检、院落团队预审、审图中心终审的整体工作效能提升；另外,传统的独立BIM应用和GIS广域场景也开始融合,例如通过GIS广域场景对于地形的加载,在其上予以暴雨等极端天气的模拟,其对应BIM模型便能够推动Exposure单元中对于标的物损害的评定,从而在CIM（BIM+GIS）平台快速推出预警功能,帮助当局在特定极端天气下对可能发生的情况予以预判,为保险公司等金融单位予以财务受损模型的封装。

如上主要从PaaS基础性能和SaaS应用功能等两个方面探讨了数字化经济的一些新发展。

希望对您有所参考。

【大象云,数据还原世界本质,专注专业于BIM云计算引擎和CIM云计算引擎！】

由网友 数字孪生小图 提供的答案：

自主创新国产化的Hightopo 数据可视化能够完全贯穿全产业链做数字孪生产品,已实现智能化、无代码、可配置的产业数字化管理。已广泛应用于各类场景,以设计、监控类场景为主。智慧城市、工业4.0、智能驾驶行业是先进数字孪生技术使用较多的行业。为连接电力、船舶、城市管理、农业、建筑、制造、石油天然气、健康医疗、环境保护、航空航天领域等各行各业。

使用 Hightopo 的 2D、 3D 和 GIS 可视化技术结合倾斜摄影和数字孪生技术,搭建出各行业智慧管理的三维可视化系统。案例汇集如下：

智慧园区

工业互联网

智慧交通

数字孪生技术的一个重要应用场景——生产制造环节。个性化、多元化的市场消费需求成为主流,制造业正面对日益激烈的市场竞争,面临着巨大的时间、成本、质量、产品差异化等方面的压力。而搭建基于数字孪生技术的数字化工厂是解决这些问题的最佳途径,通过依托产品整个周期的真实相关数据,在虚拟环境中对生产全过程进行仿真、优化及重构。通过创建虚拟模型来模拟生产过程,并且这些虚拟模型可以为物理工厂车间里所有连接的机器、工具和设备进行数字操作。这就可以使企业能够快速配置生产系统,以最大限度地提高效率,提高资产利用率,防止停机,具备一定的灵活性。

因此,企业在数字化工厂建设中,通过数字孪生技术能够并行完成"实物设备数字化、运动过程脚本化、系统整线集成化、控制指令下行同步化、现场信息上行并行化",形成整线的执行引擎,实物设备与所对应的虚拟模型进行虚实互动、指令与信息同步,形成一个支持实物设备连线的车间快速设计、规划、装配与测试平台。

通过数字化的手段,将原先无法保存的专家经验进行数字化,并提供了保存、复制、修改和转移的能力。较于传统的工业设计、制造和服务领域,经验往往是一种模糊而很难把握的形态,很难将其作为精准判决的依据。

由网友 地空云 提供的答案：

守护"城市生命线" | 地空智能带您走进数字孪生地下管网

2022年5月10日,国务院办公厅印发《城市燃气管道等老化更新改造实施方案（2022—2025年）》,明确提出要"积极运用新设备、新技术、新工艺,系统开展城市燃气管道等老化更新改造",同时强调要"同步推进数字化、网络化、智能化建设",计划于2022年启动实施一批老化更新改造项目,在2025年底前基本完成城市燃气管道等老化更新改造任务。

当前,我国上世纪建设的老旧管网年久失修,集中进入更新改造期。一方面,城市地下管网具有隐蔽性、复杂性,为市政建设管理带来诸多挑战。另一方面,基于数字孪生技术,推动城市地下管网全生命周期可视、可测、可管,是智慧管网建设的重要方向。为规避城市地下管网爆发系统性安全风险,守护好"城市生命线",基于数字孪生技术的城市地下管网智慧化建设势在必行。

城市地下管网面临的主要问题：

近年来,我国城市人口密度逐年上升,城市用水用气需求日益增长。国家统计局数据显示,截止2020年末,我国供水管道长度、城市排水管道长度、天然气管道长度增速分别为9.43%、7.93%和10.75%。由于多种历史原因,我国城市地下管网的管理水平相对滞后于城市发展需求,因管网引起的安全事故频发,给城市和市民安全带来较大隐患。

1、管网底数不完整：

城市地下管网种类庞杂,包含供水、排水、燃气、供热、供电、通信、消防、广播电视、工业管线及其附属设施,是保障城市运行的重要基础设施和"生命线"。早期城市基础设施建设缺乏对地下管网信息的系统化管理,地下管网数据未严格备案保存,管网材质、腐蚀程度、使用年限、运行状况等数据残缺不全。此外,由于缺乏综合规划与统筹管理,地下管网由各条线部门分散建设,管网资料分散在各建设单位,不能共享,极难形成城市级的地下管网信息全貌。鉴于地下管网家底不清、分布不明,城市更新改造中造成的旧有地下管线破损事故屡见不鲜。据统计,2021年全国地下管线事故中,管线破坏事故数量占比达78.64%。

2、运行状态难感知：

当前,我国不少城市地下管网建于上世纪末,很多管网铺设了30余年,大量存在超期服务现象。受当时技术条件所限,城市地下管网信息化建设滞后,缺少必要的技防、物防手段。特别是一些老旧街区,部分管道年久失修,日常检测维护不到位,缺少管网运行状态监控,难以排查出潜在安全隐患,随着管线腐蚀老化,管网爆裂、路面沉陷等事故时有发生,给百姓生活带来诸多不便。同时,各类专业经营单位由于精准调度控制不足,也面临着管网质量管理和精细化运营的巨大挑战。

3、事故处置不及时：

我国城市地下管道规模巨大,仅排水管道总长度就超过70万公里,年久失修问题普遍存在,管道渗漏、腐蚀、开裂、沉降等问题得不到及时处理,致使漏失大量水资源、降低污水处理效率、影响城市排涝防洪等。2020年,全国城市和县城公共供水总量为693.19亿立方米,综合漏损率为13.26%。

基于数字孪生的城市地下管网智慧化建设：

随着物联网、云计算、工业互联网、AI等新一代信息技术不断发展,以及国家大数据战略的实施和发展数字经济进程的稳步推进,城市管网的发展与管理模式正在由"数字化"进入"智慧化"时代,数字孪生技术为管网运营管理提供了新的技术路径,成为一种实现数字世界与物理世界交互融合的有效手段,为管网的全生命周期管理提供了技术保障。

地空智能视角：基于数字孪生技术的城市地下管网智慧化建设,充分利用现有数字基础设施的基础上,帮助用户建立从基础数据、技术应用到业务决策的完整赋能,满足数据与技术的全面融合、管网态势实时感知可视、异常情况智能预警预判、应急处置自动分派、运行数据科学研判优化等业务闭环精细化管理的需要,实现"智能感知-智能预测-智能处置-智能考评-智能优化"。

典型应用场景直击

场景一：常态运营,管网全域态势监测

管网地域分布面积广、集群规模大、管网类型数量众多,涉及供水、排水、燃气、热力、供电、通信等多领域跨地域综合性业务,跨地域大规模管网常态化监测,是智慧管网平台的主要应用场景之一。基于数字孪生技术,能够以三维地理信息系统为底座,实现大规模管网整体分布到局部管廊的三维展示；并能够集成管网运行多源数据,对各类管网的地上地下分布态势、坐标、走向、管网实时运行情况、管廊管线健康状态、部件工况等信息进行实时监测分析,管网"点、线、面"运营管理全域、全程可视,辅助用户高效掌握大规模管网运行态势,由被动化管理向主动化、智能化管理转变,有效提升管网安全管理水平。

场景二：事前预警,异常事件智能感知

通过融合人工智能、物联感知等底层技术平台和分析模型算法,基于管网实时、历史运行数据,能够建立风险安全评估模型和分级预警机制,对管网运行负荷、溢流、温度突变、堵塞以及恶劣天气等方面数据指标进行智能化地分析预判,并对异常态势进行分级预警告警,精准定位异常点位,辅助用户及时发现安全隐患,有效提升异常事件的处置效能,同时也为用户开展应急演练模拟提供支撑。推动管网监管从"被动服务""事后处置""全靠人力"转变为"主动发现""事前预警""智能管理"。

场景三：事件处置,精准高效协同指挥

在全域数据融合和数据智能研判的基础上,基于数字孪生的智慧管网平台,通过集成智能巡检、视频监控、通讯系统、视频会议、图像传输等应用功能,对原有事件接报、事件指派、应急处置等工作流程进行优化。

基于数字孪生场景,能够直观展示管网运行环境、应急资源、现场视频等要素态势,自动定位管网故障/异常点位,并实时展现上报事件的来源、类型、所属区域、负责人、事件当前所处状态等信息；同时智能化指派责任主体进行处置,并可对事件处置的工单流转情况进行实时查看,查询处理人员、业务承载量、工单进度、预计完成时间等详细信息；自动生成事件报告供复盘分析,减少了"事件接报"到"事件处置"的中间环节,实现多源事件智能感知、工单指令精准下发、处置进度实时跟踪、事件办结智能评估的全流程可视、可追溯,有效提升事件处置效能。

场景四：管网规划,科学分析智能优化

管网的规划建设,是一项庞大复杂的系统工程,基于数字孪生的智慧管网平台,以三维城市底座为基础,能够对城市地形、工业、商业、居住区分布以及大规模管网分布等情况进行真实直观复现；并结合一系列专业的业务决策分析模型、算法,对城市管网建设情况、供需情况等运行指标进行全生命周期的监测和分析,对当前状态进行评估、对过去发生问题进行诊断、对未来趋势进行预测,深度挖掘城市发展内在规律。既可对管网建设方案进行可视化模拟分析,有效降低试错成本,还可为解决跨地域、跨部门协同管理决策的难题提供有效途径。

公司简介：

广东地空智能科技有限公司（GSI）专注于物联网、大数据、云计算和人工智能技术领域,在地球与空间科学、地球物理与空间信息、城市地下空间工程等领域信息智能开发应用的空天地一体化科学数字化解决方案提供商。旗下地空云服务产品,从工程设计到检测监测评估再到后期运维分析决策,为客户提供全方位一站式全流程平台服务,公司主要在中山大学博士、硕士及工程师技术团队基础上,以技术和市场双驱动,开发完成SAAS云平台及全面支持最新一代云平台。

针对大数据和业务深度融合的特点,地空依靠精湛的技术积累为客户提供针对性强的,精准满足客户需求的解决方案：智慧工地一站式服务平台,工程勘察作业与质量监管数字化平台,工程建设管理数字化平台,高支模、基坑、边坡等岩土工程安全监测云平台；城市地面坍塌隐患信息智能管理平台,地质灾害监测预警预报平台,自然灾害监测与应急指挥系统平台,应急管理数据治理平台；地铁智慧物联数据平台（地铁安全运营预警）；管网勘测综合数据处理软件平台、排水管网智能管理平台,水务管网智慧运维管理平台等。

由网友 博睿数据 提供的答案：

其实数字孪生并不算是完全的新技术,而是建模仿真技术在制造领域的新发展之一。与一般的建模仿真相比,数字孪生的模型是数字化、动态的,数字模型与其物理对象始终保持一致。

然而技术的发展历来逃不开一个重要命题,那就是能否创造实际价值。数字孪生作为对实体对象的动态仿真,其对于企业的价值创造也成为新近热点。

数字孪生创造的商业价值是非常明确的,包括持续提升产品绩效、加快设计周期、发掘新的潜在收入来源,以及优化保修成本管理。

控制产品质量：数字孪生可以提升整体质量,预测并快速发现质量缺陷趋势,控制质量漏洞,判断何时会出现质量问题；

优化保修成本及客户体验：数字孪生能够了解当前设备配置,优化服务效率,判断保修与索赔问题,以降低总体保修成本,并改善客户体验；

减少运营成本：数字孪生则可以改善产品设计,有效实施工程变更,提升生产设备性能,减少操作与流程变化；

数据可追踪：数字孪生能够帮助创建数字档案,记录零部件与原材料编号,从而更有效地管理召回产品与质保申请,并进行强制追踪；

控制时间和总体成本：数字孪生将缩短新产品上市时间,降低新产品总体生产成本,有效识别交付周期较长的部件及其对供应链的影响；

提高效率,降低成本：对于收入增长机会来说,数字孪生则能够识别有待升级的产品,提升效率,降低成本,优化产品。

由网友 根云视界 提供的答案：

提到作为新基建的工业互联网,首先要讲的一个概念就是"数字孪生Digital Twin",或者说数字双胞胎、数字映像、机器数字双胞胎。

数字孪生的概念最早由密歇根大学的Michael Grieves博士于2002年提出（最初的名称为"Conceptual Ideal for PLM"）,至今有超过15年的历史。但直到工业互联网的出现,数字孪生才真正得到了应用。

什么是数字孪生

数字孪生的官方解释非常复杂："数字孪生,是充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据,集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程,在虚拟空间中完成映射,从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。"

我们基于下面这张图片来重新解读一下数字孪生的概念：

基于该可视化界面,我们可以查看到设备的运转状态和各种参数,同时可以通过该界面对设备进行远程操控。那么我们可以认为基于以下可视化界面初步实现了该设备数字孪生的构建。

简单来说,数字孪生就是将机器从物理世界映射到虚拟世界。那么这里面就存在了3个要素：

物理空间的实体产品、虚拟空间的虚拟产品、物理空间和虚拟空间之间的数据和信息交互。

数字化双胞胎技术是将带有三维数字模型的信息拓展到整个生命周期中的影像技术,最终实现虚拟与物理数据同步和一致,它不是让虚拟世界做现在我们已经做到的事情,而是发现潜在问题、激发创新思维、不断追求优化进步——这才是数字孪生的目标所在。

数字孪生的构建会带来什么价值

我们首先从我们的设备制造商来看一下。对于设备制造商,主要有两类设备：厂内设备和厂外设备。厂内设备主要是我们的生产设备,厂外设备主要对应我们的工业产品。

通过对厂内设备的联网,我们可以实现生产线的智能运维,提升生产效率,降低运营成本。同时会带来一些商业模式的创新,比如共享工厂、产业链协同等新模式的出现。

通过对厂外设备的联网,我们可以实现后市场的智能运营,提升服务质量,降低运营成本。数据的采集同时会辅助研发和营销,提升我们的产品质量和二次销售。当然,厂外设备联网也会带来一些新商业模式的突破,比如融资租赁、大数据保险、从卖产品到卖服务的转变等。

数字孪生技术是制造企业迈向工业4.0战略目标的关键技术,通过掌握产品信息及其生命周期过程的数字思路将所有阶段（产品创意、设计、制造规划、生产和使用）衔接起来,并连接到可以理解这些信息并对其做出反应的生产智能设备。

智能制造体系中的设备数字孪生

工业互联网的发展为我们带来了更多的选择,下面我们就基于SaaS化的工业可视化工具——云视界,为大家分享一下如何构建设备的数字孪生。

以设备制造商（OEM）为例,"数字孪生"的构建步骤如下：

1、设备接入：根云平台覆盖95%主流工业控制器,支持400+种工业协议,适配100%国际通用硬件接口。在厂内SCADA、MES等生产系统接入,和厂外设备控制器接入,以及哑设备接入方面均有成熟案例。

2、平台配置：根云平台轻松配置设备数据、报警规则,实现设备数字映射。

3、画面搭建：根云视界作为一款专注于工业领域企业生产、经营和政府监管的可视化工具,通过托拉拽的方式即可快速配置可视化界面。同时提供丰富的模板库、素材库和组件库,更有工业专属组件。

4、关联数据：根云视界深度融合根云平台IoT数据,无需任何开发,轻松实现数据配置、物模型匹配、设备动效、指令控制等。

5、一键发布：根云视界支持一键发布,手机、Pad、PC、大屏幕同步自适应,并可轻松集成至APP、小程序、web等各类第三方平台。

根云视界目前已服务客户150+,案例覆盖13个工业场景,37个细分行业。现工具开通免费试用,可登陆云视界官网申请注册。

转载自【根云视界】~