工業(yè)數(shù)字孿生功能架構和技術架構-創(chuàng)新互聯(lián)

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導讀：

工業(yè)數(shù)字孿生發(fā)展經(jīng)歷了三個階段，其發(fā)展背后是數(shù)字化技術在工業(yè)領域的演進與變革。第一階段，概念發(fā)展期。2003年，美國密歇根大學MichaelGrieves教授首次提出了數(shù)字孿生概念，概念提出的基礎是當時產(chǎn)品生命周期管理（PLM）、仿真等工業(yè)軟件已經(jīng)較為成熟，為數(shù)字孿生體在虛擬空間構建提供支撐基礎。第二階段，應用于航空航天行業(yè)。數(shù)字孿生最早應用于航空航天行業(yè)，2012年美國空軍研究室將數(shù)字孿生應用到戰(zhàn)斗機維護中，而這與航空航天行業(yè)最早建設基于模型的系統(tǒng)工程（MBSE）息息相關，能夠支撐多類模型敏捷流轉和無縫集成。第三階段，向多類行業(yè)拓展應用。近些年，數(shù)字孿生應用已從航空航天領域向工業(yè)各領域全面拓展，西門子、GE等工業(yè)巨頭紛紛打造數(shù)字孿生解決方案，賦能制造業(yè)數(shù)字化轉型。數(shù)字孿生蓬勃發(fā)展的背后與新一代信息技術的興起、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在多個行業(yè)的普及應用有莫大關聯(lián)。

工業(yè)數(shù)字孿生功能架構

工業(yè)數(shù)字孿生是多類數(shù)字化技術集成融合和創(chuàng)新應用，基于建模工具在數(shù)字空間構建起精準物理對象模型，再利用實時IOT數(shù)據(jù)驅動模型運轉，進而通過數(shù)據(jù)與模型集成融合構建起綜合決策能力，推動工業(yè)全業(yè)務流程閉環(huán)優(yōu)化。

第一層，連接層。具備采集感知和反饋控制兩類功能，是數(shù)字孿生閉環(huán)優(yōu)化的起始和終止環(huán)節(jié)。通過深層次的采集感知獲取物理對象全方位數(shù)據(jù)，利用高質量反饋控制完成物理對象最終執(zhí)行。

第二層，映射層。具備數(shù)據(jù)互聯(lián)、信息互通、模型互操作三類功能，同時數(shù)據(jù)、信息、模型三者間能夠實時融合。其中，數(shù)據(jù)互聯(lián)指通過工業(yè)通訊實現(xiàn)物理對象市場數(shù)據(jù)、研發(fā)數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)、運營數(shù)據(jù)等全生命周期數(shù)據(jù)集成；信息互通指利用數(shù)據(jù)字典、元數(shù)據(jù)描述等功能，構建統(tǒng)一信息模型，實現(xiàn)物理對象信息的統(tǒng)一描述；模型互操作指能夠通過多模型融合技術將幾何模型、仿真模型、業(yè)務模型、數(shù)據(jù)模型等多類模型進行關聯(lián)和集成融合。

第三層，決策層。在連接層和映射層的基礎上，通過綜合決策實現(xiàn)描述、診斷、預測、處置等不同深度應用，并將最終決策指令反饋給物理對象，支撐實現(xiàn)閉環(huán)控制。

全生命周期實時映射、綜合決策、閉環(huán)優(yōu)化是數(shù)字孿生發(fā)展三大典型特征。

一是全生命周期實時映射，指孿生對象與物理對象能夠在全生命周期實時映射，并持續(xù)通過實時數(shù)據(jù)修正完善孿生模型；

二是綜合決策，指通過數(shù)據(jù)、信息、模型的綜合集成，構建起智能分析的決策能力；

三是閉環(huán)優(yōu)化，指數(shù)字孿生能夠實現(xiàn)對物理對象從采集感知、決策分析到反饋控制的全流程閉環(huán)應用。本質是設備可識別指令、工程師知識經(jīng)驗與管理者決策信息在操作流程中的閉環(huán)傳遞，最終實現(xiàn)智慧的累加和傳承。

工業(yè)數(shù)字孿生技術體系架構

工業(yè)數(shù)字孿生技術不是近期誕生的一項新技術，它是一系列數(shù)字化技術的集成融合和創(chuàng)新應用，涵蓋了數(shù)字支撐技術、數(shù)字線程技術、數(shù)字孿生體技術、人機交互技術四大類型。其中，數(shù)字線程技術和數(shù)字孿生體技術是核心技術，數(shù)字支撐技術和人機交互是基礎技術。

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