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數(shù)字孿生是一種虛擬模型，旨在準(zhǔn)確反映物理對(duì)象。正在研究的對(duì)象——例如，風(fēng)力渦輪機(jī)——配備了與重要功能領(lǐng)域相關(guān)的各種傳感器。這些傳感器產(chǎn)生有關(guān)物理對(duì)象性能不同方面的數(shù)據(jù)，例如能量輸出、溫度、天氣條件等。然后將該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到處理系統(tǒng)并應(yīng)用于數(shù)字副本。
一旦獲得此類數(shù)據(jù)的通知，虛擬模型可用于運(yùn)行模擬、研究性能問(wèn)題并產(chǎn)生可能的改進(jìn)，所有這些都是為了產(chǎn)生有價(jià)值的見(jiàn)解——然后可以將其應(yīng)用回原始物理對(duì)象。
數(shù)字孿生與模擬
盡管模擬和數(shù)字孿生都利用數(shù)字模型來(lái)復(fù)制系統(tǒng)的各種過(guò)程，但數(shù)字孿生實(shí)際上是一個(gè)虛擬環(huán)境，這使得它的研究更加豐富。數(shù)字孿生和模擬之間的區(qū)別主要在于規(guī)模問(wèn)題：雖然模擬通常研究一個(gè)特定的過(guò)程，但數(shù)字孿生本身可以運(yùn)行任意數(shù)量的有用模擬來(lái)研究多個(gè)過(guò)程。
差異并不止于此。例如，模擬通常不會(huì)從實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)中受益。但數(shù)字孿生是圍繞雙向信息流設(shè)計(jì)的，首先在對(duì)象傳感器向系統(tǒng)處理器提供相關(guān)數(shù)據(jù)時(shí)發(fā)生，然后在處理器創(chuàng)建的見(jiàn)解與原始源對(duì)象共享回時(shí)再次發(fā)生。
通過(guò)擁有與廣泛領(lǐng)域相關(guān)的更好且不斷更新的數(shù)據(jù)，再加上虛擬環(huán)境帶來(lái)的額外計(jì)算能力，數(shù)字孿生能夠從比標(biāo)準(zhǔn)模擬更多的有利位置研究更多問(wèn)題——具有更大的最終潛力改進(jìn)產(chǎn)品和流程。
數(shù)字孿生的類型
根據(jù)產(chǎn)品放大倍數(shù)的不同，有多種類型的數(shù)字孿生。這對(duì)孿生最大的區(qū)別在于應(yīng)用領(lǐng)域。不同類型的數(shù)字孿生在系統(tǒng)或流程中共存是很常見(jiàn)的。讓我們通過(guò)數(shù)字孿生的類型來(lái)了解差異以及它們的應(yīng)用方式。
1、組件孿生/零件孿生
組件孿生是數(shù)字孿生的基本單元，是功能組件的最小示例。零件孿生大致相同，但屬于不太重要的組件。
2、資產(chǎn)孿生
當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)組件一起工作時(shí)，它們就形成了所謂的資產(chǎn)。資產(chǎn)孿生讓您可以研究這些組件的交互，創(chuàng)建大量可以處理的性能數(shù)據(jù)，然后轉(zhuǎn)化為可操作的見(jiàn)解。
3、系統(tǒng)或單元孿生
下一級(jí)放大涉及系統(tǒng)或單元孿生，這使您能夠看到不同的資產(chǎn)如何組合在一起形成一個(gè)完整的功能系統(tǒng)。系統(tǒng)孿生提供有關(guān)資產(chǎn)交互的可見(jiàn)性，并可能建議性能增強(qiáng)。
4、過(guò)程孿生
工藝孿生（放大的宏觀層面）揭示了系統(tǒng)如何協(xié)同工作以創(chuàng)建整個(gè)生產(chǎn)設(shè)施。這些系統(tǒng)是否都同步以最高效率運(yùn)行，或者一個(gè)系統(tǒng)的延遲會(huì)影響其他系統(tǒng)？流程孿生可以幫助確定最終影響整體效率的精確時(shí)序方案。
數(shù)字孿生技術(shù)的歷史
數(shù)字孿生技術(shù)的想法最早是在 1991 年 由 David Gelernter出版的Mirror Worlds提出的。然而，邁克爾·格里夫斯博士（當(dāng)時(shí)在密歇根大學(xué)任教）被認(rèn)為是 2002 年首次將數(shù)字孿生概念應(yīng)用于制造業(yè)，并正式宣布了數(shù)字孿生軟件概念。最終，美國(guó)宇航局的約翰維克斯在 2010 年引入了一個(gè)新術(shù)語(yǔ)——“數(shù)字孿生”。
然而，使用數(shù)字孿生作為研究物理對(duì)象的手段的核心思想實(shí)際上可以更早地見(jiàn)證。事實(shí)上，可以正確地說(shuō)，NASA 在 1960 年代的太空探索任務(wù)中率先使用了數(shù)字孿生技術(shù)，當(dāng)時(shí)每艘航行的航天器都被精確復(fù)制成一個(gè)地球版本，供 NASA 工作人員用于研究和模擬目的。飛行機(jī)組人員。
數(shù)字孿生的優(yōu)點(diǎn)和好處
1、更好的研發(fā)
使用數(shù)字孿生可以更有效地研究和設(shè)計(jì)產(chǎn)品，并創(chuàng)建大量關(guān)于可能的性能結(jié)果的數(shù)據(jù)。這些信息可以帶來(lái)洞察力，幫助公司在開(kāi)始生產(chǎn)之前進(jìn)行所需的產(chǎn)品改進(jìn)。
2、更高的效率
即使在新產(chǎn)品投入生產(chǎn)后，數(shù)字孿生也可以幫助鏡像和監(jiān)控生產(chǎn)系統(tǒng)，著眼于在整個(gè)制造過(guò)程中實(shí)現(xiàn)并保持最高效率。
3、產(chǎn)品報(bào)廢
數(shù)字孿生甚至可以幫助制造商決定如何處理產(chǎn)品生命周期結(jié)束并需要通過(guò)回收或其他措施進(jìn)行最終處理的產(chǎn)品。通過(guò)使用數(shù)字孿生，他們可以確定可以收獲哪些產(chǎn)品材料。
數(shù)字孿生市場(chǎng)和行業(yè)
雖然數(shù)字孿生因其提供的功能而備受推崇，但并不保證每個(gè)制造商或創(chuàng)建的每個(gè)產(chǎn)品都可以使用它們。并非每個(gè)對(duì)象都足夠復(fù)雜，以至于需要數(shù)字孿生所需的密集且定期的傳感器數(shù)據(jù)流。從財(cái)務(wù)角度來(lái)看，投入大量資源來(lái)創(chuàng)建數(shù)字孿生也不總是值得的。（請(qǐng)記住，數(shù)字孿生是物理對(duì)象的精確復(fù)制品，這可能使其創(chuàng)建成本高昂。）
另一方面，許多類型的項(xiàng)目確實(shí)特別受益于數(shù)字模型的使用：
大型項(xiàng)目 受嚴(yán)格工程規(guī)則約束的建筑物、橋梁和其他復(fù)雜結(jié)構(gòu)。
機(jī)械復(fù)雜項(xiàng)目 噴氣渦輪機(jī)、汽車和飛機(jī)。數(shù)字孿生可以幫助提高復(fù)雜機(jī)械和龐大發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。
電力設(shè)備 這包括發(fā)電和傳輸電力的機(jī)制。
制造項(xiàng)目 數(shù)字孿生擅長(zhǎng)幫助簡(jiǎn)化流程效率，正如您在具有協(xié)同功能機(jī)器系統(tǒng)的工業(yè)環(huán)境中所發(fā)現(xiàn)的那樣。
因此，在數(shù)字孿生方面取得最大成功的行業(yè)是那些涉及大型產(chǎn)品或項(xiàng)目的行業(yè)：
工程（系統(tǒng)）
汽車制造
飛機(jī)生產(chǎn)
軌道車設(shè)計(jì)
建筑施工
制造業(yè)
電力設(shè)施
數(shù)字孿生市場(chǎng)：蓄勢(shì)待發(fā)
快速擴(kuò)張的數(shù)字孿生市場(chǎng)表明，雖然數(shù)字孿生已經(jīng)在許多行業(yè)中使用，但對(duì)數(shù)字孿生的需求將在一段時(shí)間內(nèi)繼續(xù)升級(jí)。2020 年，數(shù)字孿生市場(chǎng)價(jià)值 31 億美元。一些行業(yè)分析師推測(cè)，它至少會(huì)在 2026 年之前繼續(xù)大幅上升，估計(jì)攀升至 482 億美元1。
數(shù)字孿生的應(yīng)用場(chǎng)景
數(shù)字孿生已廣泛用于以下應(yīng)用：
1、發(fā)電設(shè)備
大型發(fā)動(dòng)機(jī)——包括噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、機(jī)車發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電渦輪機(jī)——從數(shù)字孿生的使用中受益匪淺，特別是在幫助建立定期維護(hù)的時(shí)間表方面。
2、結(jié)構(gòu)及其系統(tǒng)
大型建筑物或海上鉆井平臺(tái)等大型物理結(jié)構(gòu)可以通過(guò)數(shù)字孿生進(jìn)行改進(jìn)，尤其是在設(shè)計(jì)過(guò)程中。也可用于設(shè)計(jì)在這些結(jié)構(gòu)內(nèi)運(yùn)行的系統(tǒng)，例如 HVAC 系統(tǒng)。
3、制造業(yè)務(wù)
由于數(shù)字孿生旨在反映產(chǎn)品的整個(gè)生命周期，因此數(shù)字孿生在制造的所有階段無(wú)處不在，指導(dǎo)產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到成品以及其間的所有步驟也就不足為奇了。
4、醫(yī)療保健服務(wù)
正如可以通過(guò)使用數(shù)字孿生對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行分析一樣，接受醫(yī)療保健服務(wù)的患者也可以。相同類型的傳感器生成數(shù)據(jù)系統(tǒng)可用于跟蹤各種健康指標(biāo)并生成關(guān)鍵見(jiàn)解。
5、汽車行業(yè)
汽車代表了許多類型的復(fù)雜、共同功能的系統(tǒng)，數(shù)字孿生廣泛用于汽車設(shè)計(jì)，既可以提高車輛性能，又可以提高生產(chǎn)效率。
6、城市規(guī)劃
土木工程師和其他參與城市規(guī)劃活動(dòng)的人可以通過(guò)使用數(shù)字孿生獲得顯著幫助，它可以實(shí)時(shí)顯示 3D 和 4D 空間數(shù)據(jù)，并將增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)整合到建筑環(huán)境中。
如何滿足數(shù)字孿生的硬件需求
可以做數(shù)字孿生的軟件，比較著名的可能就是Unity，UE這樣的游戲引擎。那么對(duì)電腦硬件的需求就高了很多，這就要求很多的企業(yè)個(gè)人需要在前期要投入大量的硬件投入，整體成本高而且硬件彈性度差，沒(méi)辦法實(shí)時(shí)更新硬件配置。
想要高效學(xué)習(xí)和運(yùn)用數(shù)字孿生，相對(duì)于傳統(tǒng)的電腦推薦你可以選擇贊奇云工作站，可以解決本地電腦算力不足問(wèn)題，可以在短時(shí)間內(nèi)部署出多臺(tái)電腦，無(wú)論是3d制作還是渲染還是各種制作過(guò)程都可以上云運(yùn)行，避免因本地電腦配置不足而帶來(lái)的卡頓緩慢問(wèn)題影響整體效率。云工作站擁有專業(yè)級(jí)顯卡、超大內(nèi)存等多種機(jī)器配置。機(jī)器顯卡更新及時(shí)，提供高配機(jī)型，海量資源可按需選擇，內(nèi)置軟件中心提供最新軟件安裝包，一鍵下載，省去搜索時(shí)間，提高工作效率。
而且對(duì)于小伙伴們來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)資產(chǎn)安全也很重要，云工作站自身安全可靠，安全策略強(qiáng)管控，能夠做到數(shù)據(jù)不落地，保護(hù)用戶的隱私。傳統(tǒng)工作站不方便，適配性差，效率低，運(yùn)行速度慢，不安全，體驗(yàn)感差。而現(xiàn)在的贊奇云工作站則是完全的脫離了傳統(tǒng)工作站的襁褓，靈活部署、運(yùn)維高效、性能持續(xù)更新、數(shù)據(jù)高安全性強(qiáng)。
數(shù)字孿生的未來(lái)
對(duì)現(xiàn)有運(yùn)營(yíng)模式的根本性改變顯然正在發(fā)生。資產(chǎn)密集型行業(yè)正在發(fā)生數(shù)字化改造，正在以顛覆性的方式改變運(yùn)營(yíng)模式，需要對(duì)資產(chǎn)、設(shè)備、設(shè)施和流程進(jìn)行綜合的物理和數(shù)字視圖。數(shù)字孿生是這種重新調(diào)整的重要組成部分。
數(shù)字孿生的未來(lái)幾乎是無(wú)限的，因?yàn)樵絹?lái)越多的認(rèn)知能力不斷投入使用。因此，數(shù)字孿生不斷學(xué)習(xí)新的技能和能力，這意味著他們可以繼續(xù)產(chǎn)生使產(chǎn)品更好、流程更高效所需的洞察力。
