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数字孪生背后的关键技术是啥

什么是数字孪生、数字孪生体
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。数字孪生以数字化方式为物理对象创建虚拟模型，来模拟其在现实环境中的行为。通过搭建整合制造流程的数字孪生生产系统，能实现从产品设计、生产计划到制造执行的全过程数字化，将产品创新、制造效率和有效性水平提升至一个新的高度。数字孪生体是指与现实世界中的物理实体完全对应和一致的虚拟模型，其可实时模拟其在现实环境中的行为和性能，也称为数字孪生模型。可以说，数字孪生是技术、过程和方法，数字孪生体是对象、模型和数据。
Digital Thread与产品数字孪生体
Digital Thread为数字纽带（也被译为数字主线、数字线程、数字线、数字链等），数字纽带是一种可扩展、可配置的企业级分析框架。在整个系统的生命周期中，通过提供访问、整合以及将不同/分散数据转换为可操作信息的能力来通知决策制定者。数字纽带可无缝加速企业数据-信息-知识系统中的权威/发布数据、信息和知识之间的可控制相互作用，并允许在能力规划和分析、初步设计、详细设计、制造、测试以及维护采集阶段动态实时评估产品在当前和未来提供决策的能力。数字纽带也是一个允许可连接数据流的通信框架，并提供一个包含生命周期各阶段孤立功能视图的集成视图。数字纽带为在正确的时间将正确的信息传递到正确的地方提供了条件，使得产品生命周期各环节的模型能够及时进行关键数据的双向同步和沟通。
产品数字孪生体是指产品物理实体的工作状态和工作进展在信息空间的全要素重建及数字化映射，是一个集成的多物理、多尺度、超写实、动态概率仿真模型，可用来模拟、监控、诊断、预测、控制产品物理实体在现实环境中的形成过程、状态和行为。产品数字孪生体基于产品设计阶段生成的产品模型，并在随后的产品制造和产品服务阶段，通过与产品物理实体之间的数据和信息交互，不断提高自身完整性和精确度，最终完成对产品物理实体的完全和精确描述。
通过产品数字孪生体的定义可以看出：
1）产品数字孪生体是产品物理实体在信息空间中集成的仿真模型，是产品物理实体的全生命周期数字化档案，并实现产品全生命周期数据和全价值链数据的统一集成管理；
2）产品数字孪生体是通过与产品物理实体之间不断进行数据和信息交互而完善的；
3）产品数字孪生体的最终表现形式是产品物理实体的完整和精确数字化描述；
4）产品数字孪生体可用来模拟、监控、诊断、预测和控制产品物理实体在现实物理环境中的形成过程和状态。
数字纽带为产品数字孪生体提供访问、整合和转换能力，其目标是贯通产品生命周期和价值链，实现全面追溯、双向共享/交互信息、价值链协同。由此可见，产品数字孪生体是对象、模型和数据，而数字纽带是方法、通道、链接和接口。通过数字纽带交换、处理产品数字孪生体的相关信息。

数字孪生背后的关键技术是啥


▲产品数字孪生体与数字纽带的关系图
【数字孪生背后的关键技术是啥】 数字孪生体与信息物理系统
2006年，美国国家科学基金会NSF首先提出了信息物理系统CPS（Cyber-Physical Systems）的概念，也可译为网络-实体系统，或信息物理融合系统。信息物理系统被定义为由具备物理输入输出且可相互作用的元件组成的网络。它不同于未联网的独立设备，也不同于没有物理输入输出的单纯网络。2013年，德国提出了“工业4.0”，其核心技术就是Cyber-Physical Production System（信息物理生产系统）。信息物理系统是一个综合计算、通信、控制、网络和物理环境的多维复杂系统，以大数据、网络与海量计算为依托，通过3C（Computing、Communication、Control）技术的有机融合与深度协作，实现大型工程系统的实时感知、动态控制和信息服务。CPS能够从物理空间（Physical Space）、环境、活动大数据的采集、存储、建模、分析、挖掘、评估、预测、优化和协同，并与对象的设计、测试和运行性能表征相结合，使网络空间（Cyber Space）与物理空间深度融合、实时交互、互相耦合、互相更新；进而通过自感知、自记忆、自认知、自决策、自重构和智能支持促进工业资产的全面智能化。在中国制造2025中，信息物理系统被认为是支撑两化深度融合的综合技术体系，是推动制造业与互联网融合发展的重要抓手。CPS把人、机、物互联，实体与虚拟对象双向连接，以虚控实，虚实融合。CPS内涵中的虚实双向动态连接，有两个步骤:


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