數(shù)字孿生體的案例
連桿結(jié)構(gòu)數(shù)字孿生體實現(xiàn)之數(shù)字孿生體模型部署
致力于數(shù)字孿生體技術(shù)的研究與發(fā)展
通過解決方案和工程化應(yīng)用造福人類
數(shù)字孿生體是現(xiàn)有或?qū)⒂械奈锢韺嶓w對象的數(shù)字模型，通過實測、仿真和數(shù)據(jù)分析來實時感知、診斷、預(yù)測物理實體對象的狀態(tài)，通過優(yōu)化和指令來調(diào)控物理實體對象的行為，通過相關(guān)數(shù)字模型間的相互學(xué)習(xí)來進(jìn)化自身，同時改進(jìn)利益相關(guān)方在物理實體對象生命周期內(nèi)的決策。
通過數(shù)字孿生體模型，可以實現(xiàn)全面監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)，分析系統(tǒng)在非常規(guī)條件下的各種性能，如惡劣工作環(huán)境、存在加工誤差、沖擊載荷工況等。利用數(shù)字孿生體模型進(jìn)行虛擬化測試，縮短了測試和分析的時間，降低了測試和分析的成本，并可以根據(jù)虛擬化測試結(jié)果優(yōu)化試驗參數(shù)。因此建立機械產(chǎn)品關(guān)鍵零部件（如連桿）的數(shù)字孿生體模型，就具有十分重要的意義。
圖1為實現(xiàn)連桿數(shù)字孿生體模型的技術(shù)路線，主要分為載荷識別、模型降階和數(shù)字孿生體模型部署三部分。本文主要介紹了利用ANSYS Twin Builder和ANSYS Deployer軟件建立連桿數(shù)字孿生體模型并部署。在ANSYS Twin Builder中，集成了連桿載荷識別ROM和應(yīng)力/變形場的Static ROM兩個降階模型，運行調(diào)試后編譯生成twin模型，并輸出twin文件。在ANSYS Deployer中，建立連桿數(shù)字孿生體模型并編譯輸出的twin文件和輸入應(yīng)變csv文件，生成用于實時計算的可執(zhí)行SDK文件夾。
展開 數(shù)字孿生體的多態(tài)
，最后形成員工的綜合性特征，建立員工的數(shù)理化模型，在數(shù)字孿生體設(shè)計開發(fā)中，又逐步衍生泛化出崗位A數(shù)字孿生體、崗位B數(shù)字孿生體、……，有可能進(jìn)一步泛化到人員A數(shù)字孿生體、人員B數(shù)字孿生體、……，并在制造過程數(shù)字孿生體中進(jìn)行實例化的應(yīng)用，如下圖所示：
圖 4 數(shù)字孿生體的抽象與泛化
對于一個企業(yè)的制造過程數(shù)字孿生體來講，人員數(shù)字孿生體如此，工具、材料、設(shè)備、產(chǎn)品、流程無不如此，在制造過程數(shù)字孿生體中，總是存在若干個代表不同真實物理實體，經(jīng)過賦予個性化特征，又源于同一機理模型和父類數(shù)字孿生體的數(shù)字孿生體。
整個制造過程的數(shù)字孿生體構(gòu)成一個龐大的數(shù)字孿生體群，加之代表在各子數(shù)字孿生體形成系統(tǒng)過程所涌現(xiàn)的新特征的數(shù)字孿生體，形成完整的制造過程的數(shù)字孿生體。對于上級的數(shù)字孿生體，可以認(rèn)為下層的數(shù)字孿生體對上層的提供一種服務(wù)，即數(shù)字孿生體即服務(wù)（DT as a Service）。
3.數(shù)字孿生體系統(tǒng)的組織構(gòu)型
對于像制造過程數(shù)字孿生體這樣的復(fù)雜系統(tǒng)數(shù)字孿生體來講，其中各組成部分的子數(shù)據(jù)孿生體，既要與真實物理實體相對應(yīng)，形成數(shù)字孿生對，又與其它數(shù)字孿生體相互作用，形成一個群落，借用美國國防部建模與仿真辦公室的仿真系統(tǒng)名詞，可以叫“聯(lián)邦”，如下圖所示。
展開 數(shù)字孿生體爆發(fā)之謎
當(dāng)前業(yè)界對數(shù)字孿生體起源的普遍認(rèn)定是2003年Michael Grieves博士所提，但似乎沉寂多年，直到2018年才爆發(fā)。是什么導(dǎo)致了數(shù)字孿生體的突然爆發(fā)？
5.4億年前，長達(dá)30億年的時間，地球上的生命基本處于單細(xì)胞狀態(tài)（水生細(xì)菌和藻類）。距今5.4年前后的寒武紀(jì)，地球上的生命形態(tài)突然爆發(fā)，類水母的多細(xì)胞生物的出現(xiàn)，表征著生物進(jìn)化瓶頸的突破。是什么導(dǎo)致地球生物的大爆發(fā)？
對這兩個相似的爆發(fā)之謎的研究過程令人著迷，這兩個謎題的答案也讓人欣喜，同時我得到一個新奇的結(jié)論——數(shù)字孿生體是個具有社會性的生命體。正是因為數(shù)字孿生體的這一特性，使得他在進(jìn)化歷程上與生物具有巨大相似性。
數(shù)字孿生體的定義、體系框架、核心技術(shù)等特征表明：數(shù)字孿生體是個具有社會性的生命體，其產(chǎn)生、進(jìn)化和社會性，都符合生物進(jìn)化和社會發(fā)展規(guī)律。這意味著數(shù)字孿生體不僅有軀體、神經(jīng)系統(tǒng)，還有大腦、基因、五官等生命體所應(yīng)有的器官。不過，理解這一切還要從理解什么是數(shù)字孿生體說起。
數(shù)字孿生體系框架
在《數(shù)字孿生體技術(shù)白皮書（2019）》中，我們給出了數(shù)字孿生體的定義：數(shù)字孿生體是現(xiàn)有或?qū)⒂械奈锢韺嶓w對象的數(shù)字模型，通過實測、仿真和數(shù)據(jù)分析來實時感知、診斷、預(yù)測物理實體對象的狀態(tài)，通過性能和狀態(tài)優(yōu)化和指令發(fā)送來調(diào)控物理實體對象的行為，通過相關(guān)數(shù)字模型間的相互學(xué)習(xí)來進(jìn)化自身，同時改進(jìn)利益相關(guān)方在物理實體對象生命周期內(nèi)的決策。
這個定義既承接了國際標(biāo)準(zhǔn)參考架構(gòu)，也是我們設(shè)計理論架構(gòu)的基礎(chǔ)。下圖是我們提出的理論架構(gòu)，本架構(gòu)可以指導(dǎo)數(shù)字孿生體的建設(shè)與實施。
可見，數(shù)字孿生體系架構(gòu)包含以下要素：數(shù)字建模、測量與控制、模擬仿真、數(shù)據(jù)分析、數(shù)字資產(chǎn)和人機交互。
展開 數(shù)字孿生體究竟是一種什么東西
于是，團(tuán)標(biāo)為數(shù)字資產(chǎn)這個概念給出了新定義：數(shù)字資產(chǎn)是以數(shù)字實體形式存在的認(rèn)知資產(chǎn)；進(jìn)而為數(shù)字資產(chǎn)在數(shù)字孿生體概念體系中找到了自己的位置（圖4）。
圖4 數(shù)字孿生體概念體系更新版
與上個月《數(shù)字孿生體標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展年度回顧》中的版本相比，圖4增加了數(shù)字孿生體和數(shù)字資產(chǎn)的多重繼承關(guān)系，并修正了幾處錯誤。
將數(shù)字孿生體認(rèn)定為數(shù)字資產(chǎn)（既是數(shù)字實體，又是認(rèn)知資產(chǎn)），以及將DIKW（數(shù)據(jù)、信息、知識和智慧）體系抽象為認(rèn)知資產(chǎn)，可見的好處有如下幾條：
通過理清認(rèn)知資產(chǎn)、無形資產(chǎn)和數(shù)字資產(chǎn)之間的關(guān)系，豐富了資產(chǎn)管理分類體系。
DIKW的認(rèn)知資產(chǎn)體系為數(shù)字孿生系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計和分析提供了新的視角。
借鑒數(shù)字資產(chǎn)領(lǐng)域的技術(shù)和應(yīng)用進(jìn)展，為建立數(shù)字孿生體管理和治理體系提供支撐。例如，區(qū)塊鏈技術(shù)在數(shù)字孿生系統(tǒng)安保子系統(tǒng)的應(yīng)用。
擺脫英文語義關(guān)系束縛，引入業(yè)務(wù)和架構(gòu)因素，為數(shù)字孿生體建立真正意義上的概念體系本體模型。
將數(shù)字孿生體的管理納入系統(tǒng)工程框架（圖5），將系統(tǒng)工程/MBSE是數(shù)字孿生體、數(shù)字孿生系統(tǒng)和數(shù)字線程的頂層框架技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)這句話落到實處。
圖5 安世亞太精益研發(fā)三維系統(tǒng)工程模型
正如團(tuán)標(biāo)中給出的按時間、空間和目的-手段關(guān)系構(gòu)建的三維分類框架（圖6）是人類認(rèn)識世界的分類框架，在圖5基礎(chǔ)上抽象出來的系統(tǒng)工程三維參考框架則是人類改造世界的行動框架。這兩個框架將繼續(xù)在數(shù)字孿生體標(biāo)準(zhǔn)化工作中發(fā)揮重要作用。
展開 
數(shù)字孿生生命體簡史 ￥500
現(xiàn)在，腦機技術(shù)正在快速發(fā)展，也許在未來，人類可以像黑客帝國那樣，意識或思維通過網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)入到數(shù)字孿生體世界，自己的孿生體和數(shù)字孿生世界的人和物品打交道。
此時，我們可能已經(jīng)意識到，數(shù)字孿生體就像個生命體，擁有軀體、神經(jīng)、左腦、右腦和五官。的確如此，相比起物理世界，數(shù)字孿生體更具有生命力。相比物理世界的機械特征，數(shù)字孿生體更像個生命體，而且可以不停升級進(jìn)化。
另外，數(shù)字孿生體還具有社會性。物理世界是普遍聯(lián)系的，數(shù)字孿生體的世界也必然是普遍聯(lián)系的。人與人之間的相互聯(lián)系構(gòu)成人類社會，數(shù)字孿生體之間的相互聯(lián)系構(gòu)成數(shù)字社會。人類可相互交流和相互學(xué)習(xí)，數(shù)字孿生體之間也可以相互共享智慧。人類的先哲傳遞下來知識和智慧，數(shù)字孿生體的數(shù)據(jù)和智慧也可以傳遞到下一代。的確，通過數(shù)字線程和云計算技術(shù)，讓數(shù)字孿生體擁有社會性。
可以想象，無論是創(chuàng)建一個產(chǎn)品、一套生產(chǎn)體系，還是一座城市的數(shù)字孿生體，都將使其聚合各類數(shù)字化和智能化技術(shù)和模式的優(yōu)點，具有強大的生命力、聰明、智能的生命體。
展開 數(shù)字孿生體的“超級大腦”
數(shù)字孿生體與物理世界的互動，推理判斷，以及預(yù)測能力，跟人類大腦的功能有著異曲同工之妙。數(shù)字孿生體之所以能夠流行，在于其能夠通過互動感知、數(shù)字建模、數(shù)據(jù)分析等，影響并有效解決物理世界問題的能力。
我們需要提前知道數(shù)字孿生體和物理世界將要發(fā)生什么。《數(shù)字孿生體爆發(fā)之謎》中，講述了數(shù)字孿生體的兩大“器官”，數(shù)字建模（軀體）和互動（神經(jīng)系統(tǒng)），這兩個系統(tǒng)使得數(shù)字孿生體具有了初步的生命特征，可以感知和驅(qū)動物理世界。但由于缺乏思考能力，目前的數(shù)字孿生體還是個“傀儡”或“僵尸”孿生體。讓數(shù)字孿生體成為更有“生命力”孿生體的是能夠產(chǎn)生理性思考、預(yù)測與判斷能力的“大腦”的進(jìn)化和形成。
1、模擬仿真：數(shù)字孿生體的“左腦”
“無仿真，不孿生。”是我們對數(shù)字孿生理解的一個基本判斷。模擬仿真過程提供了數(shù)字孿生體的“左腦”。
模擬仿真是基于完整信息和明確機理計算未來，將“數(shù)化”過程建立的模型與物理機理相結(jié)合，包括材料性質(zhì)、理論規(guī)律、工程規(guī)律等，根據(jù)完整和實時的邊界條件和物理狀態(tài)，來計算和預(yù)測數(shù)字模型的下一步狀態(tài)。這種仿真不是對一個階段或一種現(xiàn)象的仿真，應(yīng)是全周期和全領(lǐng)域的動態(tài)仿真。實時邊界條件和物理對象狀態(tài)是被完整測量，可作為物理規(guī)律的完備輸入條件。模擬仿真的輸出結(jié)果必須具有確定化和無二義性的特征。“實時”二字依賴于“互動”過程的測量系統(tǒng)來保證。
此處所說的仿真是廣義仿真，那些具有明確物理機理的計算過程都屬于廣義仿真，包括物理（如流動、力學(xué)、化學(xué)等）原理確定并被實踐驗證，往往被作為成熟理論來使用，包含公理、定理、公式、數(shù)值計算、工程算法、經(jīng)驗公式等。模擬仿真采用的工具包括算法程序、各類CAE工具，譬如物理場仿真、人群仿真、交通仿真、物流仿真、組織仿真等。
展開 5G賦能數(shù)字孿生體應(yīng)用的價值、路徑與案例
本文探討了5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)特性及其對數(shù)字孿生體應(yīng)用的重要支撐作用，包括兩者不謀而合的發(fā)展規(guī)律和融合路徑，兩者融合的歐洲5G工業(yè)園區(qū)規(guī)劃目標(biāo)，和在此領(lǐng)域開展的一些典型應(yīng)用研究的案例。
5G是支撐數(shù)字孿生體虛實互動的重要基礎(chǔ)
安世亞太對于數(shù)字孿生體的定義是：現(xiàn)有或?qū)⒂械奈锢韺嶓w對象的數(shù)字模型，通過實測、仿真和數(shù)據(jù)分析來實時感知、診斷、預(yù)測物理實體對象的狀態(tài)，通過優(yōu)化和指令來調(diào)控物理實體對象的行為，通過相關(guān)數(shù)字模型間的相互學(xué)習(xí)來進(jìn)化自身，同時改進(jìn)利益相關(guān)方在物理實體對象生命周期內(nèi)的決策。
數(shù)字孿生體參考架構(gòu)及其生命特征（源自安世亞太）
在數(shù)字孿生體的構(gòu)建和應(yīng)用過程中，物理對象和其數(shù)字孿生體之間，存在著海量的實時數(shù)據(jù)交互。
安世亞太《數(shù)字孿生體技術(shù)白皮書》所提出的參考架構(gòu)及其生命特征的表述中，將這一過程比喻為人體和外界環(huán)境的互動，傳入神經(jīng)和傳出神經(jīng)隨時傳輸著各種感知信息和控制指令。而在數(shù)字孿生體應(yīng)用中，通信網(wǎng)絡(luò)則同樣起著人體神經(jīng)系統(tǒng)的作用。
神經(jīng)末梢的廣泛度、神經(jīng)傳輸速度、信號傳輸過程中阻塞程度等一系列因素影響著人體的靈活性和敏捷度，所以有人身手矯健，有人老態(tài)龍鐘。醫(yī)學(xué)機構(gòu)還對神經(jīng)系統(tǒng)的評估提出了一系列的標(biāo)準(zhǔn)，例如美國國立衛(wèi)生院的神經(jīng)功能缺損評分標(biāo)準(zhǔn)NIHSS、格拉斯哥昏迷評分標(biāo)準(zhǔn)GCS等。
在數(shù)字孿生體應(yīng)用中，不同應(yīng)用場景對數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆植脊?jié)點數(shù)量、可移動性、傳輸帶寬、延時、損耗等也存在不同的要求。通信行業(yè)也陸續(xù)提出了一些標(biāo)準(zhǔn)來對通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行評價，例如用戶體驗速率、連接數(shù)密度、端到端延時、移動性、流量密度、用戶峰值速率、能源效率等。
有意思的是，神經(jīng)系統(tǒng)和通信網(wǎng)絡(luò)兩者的評價標(biāo)準(zhǔn)之間，存在很多共性的東西。
展開 航空發(fā)動機的數(shù)字孿生體解決方案
以F100-PW-229發(fā)動機控制系統(tǒng)設(shè)計為例，數(shù)字孿生體適用于包括調(diào)節(jié)計劃、回路增益、提前量和修正調(diào)節(jié)計劃在內(nèi)的全部控制系統(tǒng)設(shè)計。將F100-PW-229發(fā)動機的加速過渡態(tài)的發(fā)動機/控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的預(yù)估結(jié)果與初步放飛（IFR）發(fā)動機的試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較。選擇的飛行狀態(tài)是高度6960m，飛行Ma為0.8，選擇的過渡狀態(tài)是空中慢車到最大加力。在此過程中，由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速增加和同時接通加力燃燒室，從而使推力增加，使得推力的快速響應(yīng)。比較結(jié)果表明，無論是推力還是總增壓比，數(shù)字孿生體的結(jié)果與高空試驗臺試驗結(jié)果都十分接近。
構(gòu)建航空發(fā)動機的數(shù)字孿生體，可以實時反映航空發(fā)動機的運行狀態(tài)，預(yù)測發(fā)動機在未來工況變動下的性能特征，是提高發(fā)動機可靠性和設(shè)備健康管理的先進(jìn)手段。本文闡述了航空發(fā)動機的數(shù)字孿生體解決方案，旨在為協(xié)助國內(nèi)航空發(fā)動機及燃?xì)廨啓C企業(yè)落地數(shù)字孿生業(yè)務(wù)。
參考架構(gòu)
航空發(fā)動機的數(shù)字孿生體架構(gòu)包括發(fā)動機的物理系統(tǒng)、數(shù)字孿生體、測量與控制設(shè)備、以及包含了人機界面的用戶域。如圖1所示。
圖1 航空發(fā)動機的數(shù)字孿生體架構(gòu)
航空發(fā)動機總體性能的數(shù)字孿生體
圖2航空發(fā)動機總體系統(tǒng)的數(shù)字孿生體示意圖。數(shù)字孿生體中包括了進(jìn)氣口、風(fēng)扇、壓氣機、燃燒室、渦輪、尾噴管等。
圖2 航空發(fā)動機總體系統(tǒng)的數(shù)字孿生體示意圖
航空發(fā)動機的數(shù)字孿生體可以反映的主要性能參數(shù)包括發(fā)動機單位推力和單位燃油消耗率，實時控制參數(shù)主要包括的壓氣機增壓比、風(fēng)扇增壓比、涵道比、渦輪進(jìn)口總溫等。
展開 航空發(fā)動機的數(shù)字孿生體解決方案
圖1 航空發(fā)動機的數(shù)字孿生體架構(gòu)
航空發(fā)動機總體性能的數(shù)字孿生體
圖2航空發(fā)動機總體系統(tǒng)的數(shù)字孿生體示意圖。數(shù)字孿生體中包括了進(jìn)氣口、風(fēng)扇、壓氣機、燃燒室、渦輪、尾噴管等。
圖2 航空發(fā)動機總體系統(tǒng)的數(shù)字孿生體示意圖
航空發(fā)動機的數(shù)字孿生體可以反映的主要性能參數(shù)包括發(fā)動機單位推力和單位燃油消耗率，實時控制參數(shù)主要包括的壓氣機增壓比、風(fēng)扇增壓比、涵道比、渦輪進(jìn)口總溫等。
數(shù)字孿生體在汽車行業(yè)的應(yīng)用展望
有了數(shù)字孿生體，我們就可以做到這一點，甚至還可以做到更多，借助物聯(lián)技術(shù)，我們可以通過虛擬現(xiàn)實實現(xiàn)工廠漫游，設(shè)備實時數(shù)據(jù)、產(chǎn)線產(chǎn)能情況、不良率、工廠布局等數(shù)據(jù)一應(yīng)俱全，而且無處不在的攝像頭可以代替我們的眼睛，這些現(xiàn)實世界中的攝像頭經(jīng)由物聯(lián)技術(shù)，可以經(jīng)由數(shù)字孿生體來控制。
另外我們也可以通過筆記本電腦遠(yuǎn)程培訓(xùn)工人。有了數(shù)字孿生體，設(shè)備甚至不需要實際安裝，就可以向其他人展示如何使用它。
4. 資產(chǎn)維護(hù)：通過監(jiān)控生產(chǎn)過程中，物聯(lián)網(wǎng)傳感器傳出的實時數(shù)據(jù)，數(shù)字孿生體還可以模擬關(guān)鍵設(shè)備何時需要維護(hù)，甚至可以用來確定整個生產(chǎn)線、工廠或工廠網(wǎng)絡(luò)的健康狀況。Gartner公司是一家美國評估機構(gòu)，其在2018年的一份報告中指出，美國所有制造企業(yè)經(jīng)由數(shù)字孿生體技術(shù)，每年在資產(chǎn)維護(hù)方面節(jié)省的開支，達(dá)到了1萬億美元。
5. 有針對性的召回：建立數(shù)字線程和全生命周期管理的數(shù)字孿生體，并通過跟蹤產(chǎn)品中的關(guān)鍵部件及其序列號，我們不必在產(chǎn)品出現(xiàn)問題時召回成千上萬的產(chǎn)品。我們可以將工作范圍縮小到那些直接受到影響的產(chǎn)品身上。例如，一批在海外運輸途中發(fā)生腐蝕的零部件，通過數(shù)字孿生體就可以精確定位到其影響范圍。
6. 零售業(yè)：數(shù)字孿生甚至有助于面向消費者的領(lǐng)域。例如，一輛帶有三維可視化功能的數(shù)字孿生汽車，可以讓潛在買家在網(wǎng)上或4S店購車時將汽車的顏色改成自己喜歡的顏色，自己喜歡的內(nèi)飾，包括車輛附加選項也是如此，這可以提供更豐富、更個性化的客戶體驗。
7. 售后服務(wù)：在二手車市場上，消費者必須猜測車輛的健康狀況。但是，如果給車輛一個數(shù)字標(biāo)識（基于數(shù)字孿生和區(qū)塊鏈），我們就可以開始跟蹤它的維修頻率。
展開 空調(diào)系統(tǒng)的數(shù)字孿生體應(yīng)用實例上
《基于Flownex的數(shù)字孿生體解決方案》是我們最近完成的系列落地方案之一。該方案適用于熱力系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、通風(fēng)空調(diào)、油氣管網(wǎng)、航空發(fā)動機與燃機等應(yīng)用場景的數(shù)字孿生體搭建。本文介紹該解決方案在空調(diào)系統(tǒng)數(shù)字孿生體中的應(yīng)用實例，分為上下兩篇，上篇著重介紹空調(diào)系統(tǒng)的數(shù)化方法和過程，下篇將著重介紹數(shù)字對象和物理對象之間的實時動態(tài)互動技術(shù)。
背景與挑戰(zhàn)
中央空調(diào)系統(tǒng)是辦公樓里的耗電大戶，使用數(shù)字孿生技術(shù)對中央空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行研究，對于節(jié)能環(huán)保有著非常好的經(jīng)濟效益和社會效益。
安世亞太總部是一幢五層的獨棟建筑，樓內(nèi)安裝有多聯(lián)機中央空調(diào)系統(tǒng)，室外機統(tǒng)一布置在大樓頂層，每臺室外機通過配管連接并拖動某層樓中一半的室內(nèi)機。室外側(cè)采用風(fēng)冷換熱的形式，室內(nèi)側(cè)采用制冷劑蒸發(fā)換熱的形式。
圖：安世亞太總部大樓
圖：多聯(lián)機空調(diào)系統(tǒng)示意圖
圖：室外機組
圖：室內(nèi)機組
空調(diào)系統(tǒng)數(shù)字孿生體的架構(gòu)
空調(diào)系統(tǒng)數(shù)字孿生體的架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)如下圖所示。
圖：空調(diào)系統(tǒng)數(shù)字孿生體的架構(gòu)
在空調(diào)系統(tǒng)數(shù)字孿生體的建立中，需要使用CAE仿真分別建立三個物理系統(tǒng)的孿生體，分別是物理制冷循環(huán)系統(tǒng)孿生體、物理通風(fēng)管路系統(tǒng)孿生體和物理室內(nèi)通風(fēng)系統(tǒng)孿生體。這三個物理系統(tǒng)孿生體之間的構(gòu)成和關(guān)系如下圖所示。
圖：空調(diào)系統(tǒng)中三個物理子系統(tǒng)的孿生體數(shù)化過程
空調(diào)系統(tǒng)數(shù)字孿生體的搭建過程
針對物理制冷系統(tǒng)和通風(fēng)管路系統(tǒng)，使用Flownex進(jìn)行數(shù)字孿生體的搭建工作。
Flownex具有兩相流動計算功能，能夠計算制冷循環(huán)中制冷劑的相變和換熱過程。
展開 
增材制造與數(shù)字孿生體完美搭檔，迎接個性化定制時代
數(shù)字孿生體在產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用
數(shù)字孿生體作為與實體世界對應(yīng)的數(shù)字化表達(dá)方式，相對于數(shù)字孿生，其“體”的含義突出了系統(tǒng)和體系。比如一臺復(fù)雜裝備、一條產(chǎn)業(yè)鏈或者一個經(jīng)濟體，都可以認(rèn)為是系統(tǒng)或體系的實體，需要有一個“數(shù)字孿生體”與之對應(yīng)。
數(shù)字孿生體在產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用領(lǐng)域由點及面，包含以下三個主要的層面：
-構(gòu)建產(chǎn)品全生命周期的數(shù)字孿生體：加快產(chǎn)品研發(fā)和迭代升級
這方面已經(jīng)有很多成熟應(yīng)用和案例，不再贅述。
-構(gòu)建全產(chǎn)業(yè)鏈的數(shù)字孿生體：促進(jìn)產(chǎn)業(yè)向“服務(wù)型制造”轉(zhuǎn)型
服務(wù)型制造是制造與服務(wù)融合發(fā)展的新型數(shù)字化產(chǎn)業(yè)形態(tài)，是未來制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級的重要方向。
定制化生產(chǎn)是“服務(wù)型制造”的典型方式之一，主動將顧客引進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計、制造、應(yīng)用服務(wù)過程，主動發(fā)現(xiàn)顧客需求，展開針對性服務(wù)。企業(yè)間基于平臺合作，主動實現(xiàn)為上下游客戶提供生產(chǎn)性服務(wù)和服務(wù)性生產(chǎn)，協(xié)同創(chuàng)造價值。
構(gòu)建從顧客、市場需求、供應(yīng)鏈和物流體系、維護(hù)保障等全產(chǎn)業(yè)鏈的數(shù)字孿生體，基于各領(lǐng)域數(shù)字模型的系統(tǒng)工程整合，有助于促進(jìn)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)向定制化生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)更為敏捷和柔性（JIT）的商業(yè)模式。
例如在消費品行業(yè)，Adidas等制鞋領(lǐng)軍企業(yè)實現(xiàn)DTC定制化生產(chǎn)運動鞋，從賣鞋子延伸至運動產(chǎn)業(yè)和大健康產(chǎn)業(yè)。
▲《發(fā)展服務(wù)型制造專項行動指南》
來源：中國工控網(wǎng)
-構(gòu)建實體經(jīng)濟的數(shù)字孿生體：促進(jìn)數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展
數(shù)字經(jīng)濟在推動產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展、提高勞動生產(chǎn)率、培育新市場和產(chǎn)業(yè)新增長點、實現(xiàn)包容性增長和可持續(xù)增長等諸多方面，都發(fā)揮著重要作用。
數(shù)據(jù)經(jīng)濟的核心在于“數(shù)據(jù)驅(qū)動發(fā)展”，而不像工業(yè)經(jīng)濟是“石油”和“機械”驅(qū)動發(fā)展。
展開 基于Ansys Twin Builder連桿結(jié)構(gòu)數(shù)字孿生體建模關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用
一、引言
數(shù)字孿生體是現(xiàn)有或?qū)⒂械奈锢韺嶓w對象的數(shù)字模型，通過實測、仿真和數(shù)據(jù)分析來實時感知、診斷、預(yù)測物理實體對象的狀態(tài)，通過優(yōu)化和指令來調(diào)控物理實體對象的行為，通過相關(guān)數(shù)字模型間的相互學(xué)習(xí)來進(jìn)化自身，同時改進(jìn)利益相關(guān)方在物理實體對象生命周期內(nèi)的決策。
通過數(shù)字孿生體模型，可以實現(xiàn)全面監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)，分析系統(tǒng)在非常規(guī)條件下的各種性能，如惡劣工作環(huán)境、存在加工誤差、沖擊載荷工況等。利用數(shù)字孿生體模型進(jìn)行虛擬化測試，縮短了測試和分析的時間，降低了測試與分析的成本，并可以根據(jù)虛擬化測試結(jié)果優(yōu)化試驗參數(shù)。因此建立機械產(chǎn)品關(guān)鍵零部件（如連桿）的數(shù)字孿生體模型，就具有十分重要的意義。
圖1為實現(xiàn)連桿數(shù)字孿生體模型的技術(shù)路線，主要分為載荷識別、模型降階和數(shù)字孿生體模型建立和部署四部分。
圖1 連桿數(shù)字孿生體模型技術(shù)路線圖
二、連桿載荷識別
1、載荷識別原理
在結(jié)構(gòu)線性響應(yīng)情況下，載荷與變形、變形與應(yīng)變均是線性關(guān)系，故可得載荷與應(yīng)變是線性關(guān)系，如圖2所示。True-Load軟件基于該性質(zhì)對線性響應(yīng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行載荷識別，如果整體結(jié)構(gòu)中存在局部非線性行為，如螺栓連接和焊縫區(qū)域局部塑形變形、結(jié)構(gòu)中存在橡膠件等，該載荷識別方法仍然適用。
圖2 True-Load載荷識別原理
2、載荷識別流程
采用True-Load軟件實現(xiàn)工程機械中連桿載荷識別的過程，如圖3所示。
展開 ANSYS利用基于物理的仿真技術(shù)來擴展微軟AZURE數(shù)字孿生體
雙方合作將共同推進(jìn)客戶采用Azure數(shù)字孿生體
ANSYS正與微軟展開合作， 利用ANSYS Twin Builder來擴展微軟Azure數(shù)字孿生體，以期幫助雙方客戶顯著改善運營狀況。此次雙方合作將使微軟的企業(yè)客戶能夠更準(zhǔn)確地預(yù)測設(shè)備的未來性能，并減少意外的停機成本，從而幫助用戶大幅降低產(chǎn)品維護(hù)成本，并加速向市場推出高質(zhì)量的產(chǎn)品。
工業(yè)企業(yè)投資數(shù)百萬美元來構(gòu)建、維護(hù)并遠(yuǎn)程跟蹤部署物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、機械設(shè)備和交通工具。為了最大限度地提升產(chǎn)品在該領(lǐng)域的可持續(xù)性和效率，運營者需要一個數(shù)字孿生體——即已部署完整設(shè)備系統(tǒng)的虛擬原型。運營者依靠數(shù)字孿生體數(shù)據(jù)來增強預(yù)防性維護(hù)程序，引領(lǐng)新一代商業(yè)模式，并快速改進(jìn)產(chǎn)品研發(fā)。
Azure數(shù)字孿生體能打造物理環(huán)境的全面模型，并全面支持物聯(lián)網(wǎng)和端點設(shè)備之間的雙向通訊。通過合作，那些利用Azure數(shù)字孿生體進(jìn)行設(shè)備建模和互聯(lián)的生產(chǎn)商可以利用ANSYS Twin Builder來優(yōu)化設(shè)備的生產(chǎn)和運營。通過利用計算集成和數(shù)字孿生體定義語言標(biāo)準(zhǔn)，ANSYS和微軟能讓用戶更容易采用與部署數(shù)字孿生體。
ANSYS副總裁兼總經(jīng)理Eric Bantegnie指出：“由于工業(yè)企業(yè)需要全面的現(xiàn)場數(shù)據(jù)和可行的深度解析，以便進(jìn)一步優(yōu)化部署設(shè)備性能，因此生態(tài)系統(tǒng)合作伙伴必須開展合作，以開發(fā)業(yè)務(wù)解決方案。ANSYS Twin Builder的互補仿真數(shù)據(jù)流能增強了微軟 Azure物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，并顯著提高客戶對設(shè)備性能的理解。”
微軟公司的Azure物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)副總裁Sam George指出：“微軟Azure客戶逐步采用物聯(lián)網(wǎng)和數(shù)字孿生體實時了解商業(yè)設(shè)備狀況，許多客戶正尋求利用分析工具來尋找新的深度解析。
展開 產(chǎn)品設(shè)計階段數(shù)字孿生的應(yīng)用場景漫談
數(shù)字孿生體雛形是一個孿生體的初級形態(tài)，僅包含最基礎(chǔ)的基因數(shù)據(jù)，我們需要在培育數(shù)字孿生體的過程中，依據(jù)產(chǎn)品的功能，對數(shù)字孿生體進(jìn)行一定程度上的功能完善，比如用于車輛性能仿真的數(shù)字孿生體、用于車身結(jié)構(gòu)碰撞的數(shù)字孿生體、用于物態(tài)實體和數(shù)態(tài)數(shù)字孿生體互控的數(shù)字孿生體等等。
3.2.3 對數(shù)字孿生體進(jìn)行功能完善（孕育左腦、右腦和神經(jīng)）
當(dāng)然僅僅對數(shù)字孿生體的呈現(xiàn)，并不能滿足解決方案的需求，我們要平衡成本和性能，就必須先了解成本和性能。比如，數(shù)字孿生體平臺提供了仿真接口，通過加載數(shù)字孿生體雛形的外形數(shù)據(jù)，可以很方便的創(chuàng)建產(chǎn)品三維仿真模型，只需要再加載上所需的環(huán)境，即可實現(xiàn)產(chǎn)品的性能仿真，以此調(diào)節(jié)產(chǎn)品的性能和成本曲線。
當(dāng)然，在虛擬環(huán)境下的數(shù)字孿生體仿真僅僅是一種設(shè)計人員快速掌握和優(yōu)化產(chǎn)品性能的手段，物理實體的性能表現(xiàn)才是最直接的產(chǎn)品需求體現(xiàn)。其實，數(shù)字孿生體的誕生并不完全依賴于物理實體的存在，在一定程度上來說，物理實體和數(shù)字孿生體就像一對雙胞胎，誰先誕生并無因果關(guān)系。所以在對數(shù)字孿生體進(jìn)行設(shè)計優(yōu)化后，就可以使用平臺孕育和測控物理實體的能力進(jìn)一步完善和驗證產(chǎn)品：
1. 通過平臺孕育物理實體，比如，平臺可以通過增材制造功能插件，3D打印出數(shù)字孿生體的物理實體。當(dāng)然，如果配套設(shè)施完善，數(shù)字孿生體平臺也可以支持傳統(tǒng)的工業(yè)技術(shù)鑄造實體。
2. 測控物理實體，其能力依賴于平臺IoT功能插件，通過傳感器技術(shù)和相關(guān)的通信技術(shù)，可以搭建起一條實體與數(shù)字的通道。
展開 