数字孪生化(Digital Twinning)是数字孪生体三大关键技术之一,它也是有别于其他技术概念的特征。由于建立了物理世界与数字空间的交互机制,大大简化了大家认识复杂系统的负担和难度,有助于推进数字化转型工作。

关于数字孪生化的理论体系,本人在《数字孪生体:第四次工业革命的通用目的技术》一书中做了详细介绍。从部分读者反馈回来的信息来看,数字孪生化涉及到不少工程技术,认识起来有一定难度,需要做更进一步的阐释。

工业4.0研究院认为,数字孪生体关键技术分为三类,分别为数字孪生化、数字线程和数字孪生体平台,其中,数字孪生化是数字孪生体应用的基本特征。数字孪生化分为5个等级,根据不同等级的核心技术不同,还可以把5个等级简化为3大类,分别为初级数字孪生化、中级数字孪生化和高级数字孪生化。

DTL 1:第一级数字孪生化以建立几何模型为工程应用目标,通常要求达到的效果为“可视化”,典型的应用为“数字孪生资产管理”

DTL 2:第二级数字孪生化希望实现数据描述(或驱动)的仿真效果,这是诸多仿真软件企业希望突破的地方,但目前还没有有竞争力的厂商出现

DTL 3:第三级数字孪生化的目标是考虑多数据源的融合,特别是从体系(SoS,Systems of Systems)视角,不仅仅考虑单个系统的数据源

DTL 4:第四级数字孪生化能实现持续的数据交互效果,从而使得DARPA马赛克作战(Mosaic Warfare)或NASA火星2033计划得以实现

DTL 5:第五级数字孪生化的关键指标是“数据自动化”,通过各个数字孪生体之间的数据交换、流动和分享,最终实现“自主孪生”的目标

我们接下来可以看看初级孪生化、科学孪生化和自动孪生化三大类的应用情况。

初级数字孪生化还处于萌芽中,需要解决的痛点是低成本化和数据压缩等,目前在该领域的玩家主要是韩国和日本的公司,国内相关创新和创业公司非常少,工业4.0研究院下属翼络数字公司在做一些技术研发上的积累。

科学孪生化是传统仿真企业的“战场”,如果它们可以开发出成本合理、计算能力较强的数字孪生化工具,那么它们未来将成为仿真派的赢家。

在仿真领域,降阶建模方法(ROM,Reduced-Order Modeling)成为研究和工具化的重点,全球领先的仿真企业都在加大相关商业化工具解决方案。中国国内虽然也有部分企业提供相关工具,但总体缺乏前瞻意识,难以跟最新概念体系结合,对客户的未来需求把握不准。

在第三堂课中,本人介绍了ROM和DDDAS数字孪生化方法,前者显然是仿真企业关注的重点,后者则更有发展潜力。借助DDDAS推进实现数字孪生化,能够以接近实时模拟(不是“仿真”)作战情况,做出所需要的指挥与控制(C&C,Command & Control)。

开发具有动态孪生能力的设备或系统,这是未来动态作战或工程的基本要求。

DARPA的“地下挑战赛”需要借助Gazebo数字孪生体平台,加上数字孪生模型库提供的各种模型,供参赛团队构建一个体系,实现闯关隧道(Tunnel)、城市(Urban)和岩洞(Cave)三大场景的任务。

有兴趣进一步了解该课程的相关资料,可以到数字孪生体课堂上查看。

最后推荐大家观看《火星时代》(MARS)(在腾讯视频有一、二季)。

 

作者:胡权,工业4.0研究院院长,数字孪生体联盟理事长