數(shù)字孿生技術(shù)數(shù)字孿生技術(shù)概述數(shù)字孿生：物理與數(shù)字的橋梁2本節(jié)目錄數(shù)字孿生技術(shù)的起源01數(shù)字孿生的概念及其特性0203數(shù)字孿生的能力等級及技術(shù)構(gòu)架0405數(shù)字孿生的發(fā)展與應(yīng)用數(shù)字孿生體生命周期的三個(gè)階段數(shù)字孿生：物理與數(shù)字的橋梁3知識學(xué)習(xí)知識拓展學(xué)習(xí)小結(jié)課后思考了解數(shù)字孿生技術(shù)的起源、發(fā)展及應(yīng)用掌握數(shù)字孿生技術(shù)的概念及其特性掌握數(shù)字孿生體全生命周期的三個(gè)階段掌握數(shù)字孿生的能力等級及技術(shù)構(gòu)架了解數(shù)字孿生技術(shù)體系所涉及的先進(jìn)技術(shù)學(xué)習(xí)任務(wù)數(shù)字孿生：物理與數(shù)字的橋梁4知識學(xué)習(xí)知識拓展學(xué)習(xí)小結(jié)課后思考學(xué)習(xí)任務(wù)1.數(shù)字孿生的起源2011年3月，美國空軍實(shí)驗(yàn)室首次提出了數(shù)字孿生（DigitalTwin）。當(dāng)時(shí)，他們將這一概念用于戰(zhàn)斗機(jī)維護(hù)工作的數(shù)字化。隨后，美國的通用電氣（GE）以及德國的西門子（Siemens），兩家公司關(guān)注到了數(shù)字孿生，并決定將它在民用領(lǐng)域發(fā)揚(yáng)光大。數(shù)字孿生是信息技術(shù)發(fā)展到新一階段的產(chǎn)物，是典型的工業(yè)數(shù)字化技術(shù)，代表了工業(yè)制造手段與數(shù)字科技深入融合發(fā)展的未來方向。5知識學(xué)習(xí)知識拓展學(xué)習(xí)小結(jié)課后思考學(xué)習(xí)任務(wù)2.1數(shù)字孿生的概念數(shù)字孿生，又稱為數(shù)字化雙胞胎（DigitalTwin），是綜合運(yùn)用感知、計(jì)算、建模等信息技術(shù)，通過軟件定義，對物理空間進(jìn)行描述、診斷、預(yù)測、決策，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)物理空間與賽博空間（Cyberspace，數(shù)字虛擬空間）的交互映射。6知識學(xué)習(xí)知識拓展學(xué)習(xí)小結(jié)課后思考學(xué)習(xí)任務(wù)2.1數(shù)字孿生的概念數(shù)字孿生，是物理空間和數(shù)字虛擬空間的交互映射7知識學(xué)習(xí)知識拓展學(xué)習(xí)小結(jié)課后思考學(xué)習(xí)任務(wù)2.2數(shù)字孿生的特征動(dòng)態(tài)——本體的實(shí)時(shí)狀態(tài)、還有外界環(huán)境狀態(tài)，會通過傳感器等手段，復(fù)現(xiàn)到數(shù)字孿生體上。全生命周期——數(shù)字孿生貫穿于產(chǎn)品的整個(gè)生命周期，幫助企業(yè)設(shè)計(jì)、開發(fā)、制造產(chǎn)品本體，還幫助企業(yè)使用和維護(hù)本體。實(shí)時(shí)/準(zhǔn)實(shí)時(shí)——即前面所說的“動(dòng)態(tài)”數(shù)字反應(yīng)，是實(shí)時(shí)/準(zhǔn)實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)的。雙向——數(shù)字孿生體與本體之間進(jìn)行數(shù)據(jù)雙向交互。8知識學(xué)習(xí)知識拓展學(xué)習(xí)小結(jié)課后思考學(xué)習(xí)任務(wù)3數(shù)字孿生體全生命周期的三個(gè)階段前期階段——數(shù)字胚胎，是“以虛擬實(shí)”階段，數(shù)字胚胎在物理對象設(shè)計(jì)階段產(chǎn)生，先于物理實(shí)體對象出現(xiàn)，用數(shù)字胚胎去表達(dá)尚未實(shí)現(xiàn)的物理對象，仿真并驗(yàn)證其物理屬性，有助于設(shè)計(jì)者了解物理對象在不同情況下的運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)縮短開發(fā)時(shí)間，改進(jìn)產(chǎn)品并加快迭代。9知識學(xué)習(xí)知識拓展學(xué)習(xí)小結(jié)課后思考學(xué)習(xí)任務(wù)設(shè)計(jì)階段的數(shù)字孿生，主要應(yīng)用包括：數(shù)字模型設(shè)計(jì):使用CAD工具開發(fā)出滿足技術(shù)規(guī)格的產(chǎn)品虛擬原型，精確的記錄產(chǎn)品的各種物理參數(shù)，以可視化的方式展示出來，并通過一系列的驗(yàn)證手段來檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的精準(zhǔn)程度;模擬和仿真:通過一系列可重復(fù)、可變參數(shù)、可加速的仿真實(shí)驗(yàn)，來驗(yàn)證產(chǎn)品在不同外部環(huán)境下的性能和表現(xiàn)，在設(shè)計(jì)階段就驗(yàn)證產(chǎn)品的適應(yīng)性。數(shù)字胚胎，“以虛擬實(shí)”10知識學(xué)習(xí)知識拓展學(xué)習(xí)小結(jié)課后思考學(xué)習(xí)任務(wù)3數(shù)字孿生體全生命周期的三個(gè)階段中期階段——數(shù)字化映射體，是“以虛映實(shí)”階段，建立面向物理實(shí)體與行為邏輯的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型，孿生數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的基礎(chǔ)，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)體對象和數(shù)字化映射對象之間的映射，并且這個(gè)映射模擬會根據(jù)實(shí)際反饋，隨著物理實(shí)體的變化而自動(dòng)做出變化。數(shù)字化映射體，“以虛映實(shí)”11知識學(xué)習(xí)知識拓展學(xué)習(xí)小結(jié)課后思考學(xué)習(xí)任務(wù)“以虛映實(shí)”階段的典型應(yīng)用：關(guān)鍵指標(biāo)監(jiān)控和過程能力評估:通過采集生產(chǎn)線上的各種生產(chǎn)設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)全部生產(chǎn)過程的可視化監(jiān)控，并且通過經(jīng)驗(yàn)或者機(jī)器學(xué)習(xí)建立關(guān)鍵設(shè)備參數(shù)、檢驗(yàn)指標(biāo)的監(jiān)控策略，對出現(xiàn)違背策略的異常情況進(jìn)行及時(shí)處理和調(diào)整。12知識學(xué)習(xí)知識拓展學(xué)習(xí)小結(jié)課后思考學(xué)習(xí)任務(wù)3數(shù)字孿生體全生命周期的三個(gè)階段第三階段——孿生體智能階段，該階段數(shù)字孿生體繼承了前兩個(gè)階段的數(shù)據(jù)和模型，同時(shí)借助大數(shù)據(jù)挖掘和智能算法，按照“知識模型-智慧決策-精準(zhǔn)執(zhí)行”的方式精準(zhǔn)控制實(shí)體對象，達(dá)到“以虛控實(shí)”，實(shí)現(xiàn)真正意義上的數(shù)字孿生。孿生體智能階段，“以虛控實(shí)”13知識學(xué)習(xí)知識拓展學(xué)習(xí)小結(jié)課后思考學(xué)習(xí)任務(wù)“以虛控實(shí)”階段的典型應(yīng)用：遠(yuǎn)程監(jiān)控和預(yù)測性維修:通過讀取智能工業(yè)產(chǎn)品的傳感器或者控制系統(tǒng)的各種實(shí)時(shí)參數(shù)，構(gòu)建可視化的遠(yuǎn)程監(jiān)控，并給予采集的歷史數(shù)據(jù)，構(gòu)建層次化的部件、子系統(tǒng)乃至整個(gè)設(shè)備的健康指標(biāo)體系，并使用人工智能實(shí)現(xiàn)趨勢預(yù)測;基于預(yù)測的結(jié)果，對維修策略以及備品備件的管理策略進(jìn)行優(yōu)化，降低和避免客戶因?yàn)榉怯?jì)劃停機(jī)帶來的損失。孿生體智能階段，“以虛控實(shí)”14知識學(xué)習(xí)知識拓展學(xué)習(xí)小結(jié)課后思考學(xué)習(xí)任務(wù)4

數(shù)字孿生體的能力等級及技術(shù)構(gòu)架注：引用自中國電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院，數(shù)字孿生白皮書可視化呈現(xiàn)智能診斷科學(xué)預(yù)測

輔助決策15知識學(xué)習(xí)知識拓展學(xué)習(xí)小結(jié)課后思考學(xué)習(xí)任務(wù)4

數(shù)字孿生體的能力等級及技術(shù)構(gòu)架注：引用自中國電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院，數(shù)字孿生白皮書數(shù)字孿生技術(shù)架構(gòu)：分為物理層、數(shù)據(jù)層、模型層、功能層

物理實(shí)體邏輯規(guī)則知識學(xué)習(xí)知識拓展學(xué)習(xí)小結(jié)課后思考學(xué)習(xí)任務(wù)5數(shù)字孿生技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用注：引用自中國電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院，數(shù)字孿生白皮書數(shù)字孿生因建模仿真技術(shù)而起、因傳感技術(shù)而興，并將隨著新一代信息技術(shù)群體突破和融合發(fā)展而發(fā)展壯大。

1617知識學(xué)習(xí)知識拓展學(xué)習(xí)小結(jié)課后思考學(xué)習(xí)任務(wù)5數(shù)字孿生技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用場景數(shù)字孿生：物理與數(shù)字的橋梁試錯(cuò)成本高無法復(fù)刻18知識學(xué)習(xí)知識拓展學(xué)習(xí)小結(jié)課后思考學(xué)習(xí)任務(wù)5數(shù)字孿生技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用場景數(shù)字化設(shè)計(jì)：數(shù)字孿生+產(chǎn)品創(chuàng)新虛擬工廠：數(shù)字孿生+生產(chǎn)制造全過程管理設(shè)備預(yù)測性維護(hù)：數(shù)字孿生+設(shè)備管理智慧城市：數(shù)字孿生+城市運(yùn)行管理智慧醫(yī)療：數(shù)字孿生+醫(yī)療服務(wù)智慧交通：數(shù)字孿生+V2X（vehicle-to-everything）數(shù)字孿生，物理空間和數(shù)字虛擬空間的交互映射19知識學(xué)習(xí)知識拓展學(xué)習(xí)小結(jié)課后思考學(xué)習(xí)任務(wù)數(shù)字雙胞胎實(shí)施涉及到的先進(jìn)技術(shù)數(shù)字孿生的技術(shù)體系非常龐大，涵蓋了感知控制、數(shù)據(jù)集成、模型構(gòu)建、模型互操作、業(yè)務(wù)集成、人機(jī)交互等諸多技術(shù)領(lǐng)域。數(shù)字孿生的技術(shù)競爭，實(shí)際上是云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、3D建模、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)及人工智能等先進(jìn)技術(shù)綜合實(shí)力的博弈。數(shù)字孿生，物理空間和數(shù)字虛擬空間的交互映射20知識學(xué)習(xí)知識拓展學(xué)習(xí)小結(jié)課后思考學(xué)習(xí)任務(wù)數(shù)字孿生技術(shù)歷經(jīng)技術(shù)積累、概念提出、應(yīng)用萌芽、快速發(fā)展四個(gè)階段。數(shù)字孿生是物理空間和數(shù)字虛擬空間的交互映射。數(shù)字孿生的特性：動(dòng)態(tài)、全生命周期、實(shí)時(shí)/準(zhǔn)實(shí)時(shí)、雙向。數(shù)字孿生體生命周期的三個(gè)階段：設(shè)計(jì)階段“以虛擬實(shí)”，中期階段“以虛映實(shí)”，第三階段“以虛控實(shí)”。數(shù)字孿生，物理空間和數(shù)字虛擬空間的交互映射21知識學(xué)習(xí)知識拓展學(xué)習(xí)小結(jié)課后思考學(xué)習(xí)任務(wù)數(shù)字孿生包括描述、診斷、預(yù)測、決策四個(gè)能力等級。數(shù)字孿生技術(shù)架構(gòu)：分為物理層、數(shù)據(jù)層、模型層、功能層。數(shù)字孿生技術(shù)涵蓋