數字孿生生命體的案例
數字孿生生命體簡史 ￥500
現在，腦機技術正在快速發展，也許在未來，人類可以像黑客帝國那樣，意識或思維通過網絡，進入到數字孿生體世界，自己的孿生體和數字孿生世界的人和物品打交道。
此時，我們可能已經意識到，數字孿生體就像個生命體，擁有軀體、神經、左腦、右腦和五官。的確如此，相比起物理世界，數字孿生體更具有生命力。相比物理世界的機械特征，數字孿生體更像個生命體，而且可以不停升級進化。
另外，數字孿生體還具有社會性。物理世界是普遍聯系的，數字孿生體的世界也必然是普遍聯系的。人與人之間的相互聯系構成人類社會，數字孿生體之間的相互聯系構成數字社會。人類可相互交流和相互學習，數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，數字孿生體的數據和智慧也可以傳遞到下一代。的確，通過數字線程和云計算技術，讓數字孿生體擁有社會性。
可以想象，無論是創建一個產品、一套生產體系，還是一座城市的數字孿生體，都將使其聚合各類數字化和智能化技術和模式的優點，具有強大的生命力、聰明、智能的生命體。
展開 連桿結構數字孿生體實現之數字孿生體模型部署
致力于數字孿生體技術的研究與發展
通過解決方案和工程化應用造福人類
數字孿生體是現有或將有的物理實體對象的數字模型，通過實測、仿真和數據分析來實時感知、診斷、預測物理實體對象的狀態，通過優化和指令來調控物理實體對象的行為，通過相關數字模型間的相互學習來進化自身，同時改進利益相關方在物理實體對象生命周期內的決策。
通過數字孿生體模型，可以實現全面監控系統的關鍵參數，分析系統在非常規條件下的各種性能，如惡劣工作環境、存在加工誤差、沖擊載荷工況等。利用數字孿生體模型進行虛擬化測試，縮短了測試和分析的時間，降低了測試和分析的成本，并可以根據虛擬化測試結果優化試驗參數。因此建立機械產品關鍵零部件（如連桿）的數字孿生體模型，就具有十分重要的意義。
圖1為實現連桿數字孿生體模型的技術路線，主要分為載荷識別、模型降階和數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和應力/變形場的Static ROM兩個降階模型，運行調試后編譯生成twin模型，并輸出twin文件。在ANSYS Deployer中，建立連桿數字孿生體模型并編譯輸出的twin文件和輸入應變csv文件，生成用于實時計算的可執行SDK文件夾。
展開 斗門水庫工程全生命周期數字孿生應用案例【10月18日直播】
該工程也是陜西省水利電力勘測設計研究院以 BIM 協同設計為基礎，結合先進的 GIS 技術、傾斜攝影、物聯網、多數據融合、數據采集和數字化模擬分析等手段構建了一個全生命周期管控的數字化孿生應用解決方案，涵蓋了設計、數字移交、施工管理以及運維等環節，實現了工程全周期的高效、精確和智能化管理。
在該項目中，陜西省水利電力勘測設計研究院
1.以達索系統3DEXPERIENCE平臺為項目協同設計云平臺串聯從項目任務拆解、過程資料歸檔、人員權限分配、設計任務分派與執行、成果審查到數字化交付等全過程；
2.基于CATIA軟件完成從骨架設計、地形開挖設計到分洪渠及攔河閘設計、分洪渠及攔河閘設計、灃河退水渠設計、太平河退水渠設計、分洪渠金屬結構設計等多專業三維協同設計；
3.實現出圖設計、知識工程、碰撞檢測等應用賦能，并開展二次開發實現批量劃分、轉幾何體為零件、批量改名、導出工程量及屬性信息、批量導入坐標點骨架工具等功能，為設計和后期施工管理平臺應用提供模型處理服務。
研討會主題介紹
斗門水庫工程全生命周期數字孿生綜合應用
10月18日下午 14:00-15:00，達索系統特邀陜西省水利電力勘測設計研究院補舒棋部長為大家帶來【斗門水庫工程全生命周期數字孿生綜合應用】案例分享。下方掃碼免費預約。
??設計階段：基于達索系統3DE平臺實現設計的數字孿生,通過BIM協同設計技術,創建工程精確數字模型,進行數字化綜合拓展應用與分析,提高設計的精確性和效率。
??數字移交：基于數字移交平臺實現設計成果版本的集成共享和圖檔管理,實現設計數據變更的可追溯性,為后續的施工和運維提供基礎。
??施工階段：基于SUPERMAP平臺利用BIM、GIS、傾斜攝影、施工模擬、多源數據融合、物聯網等技術構建施工期數字孿生平臺,以實現工程施工過程監控與管理。
展開 斗門水庫如何借由數字孿生守護工程全生命周期穩健智能？【本周五直播】
在該項目中，陜西院以達索系統<strong>3D</strong>EXPERIENCE平臺為項目協同設計云平臺串聯從項目任務拆解、過程資料歸檔、人員權限分配、設計任務分派與執行、成果審查到數字化交付等全過程，同時基于CATIA軟件完成從骨架設計、地形開挖設計到分洪渠及攔河閘設計、分洪渠及攔河閘設計、灃河退水渠設計、太平河退水渠設計、分洪渠金屬結構設計等多專業三維協同設計，實現出圖設計、知識工程、碰撞檢測等應用賦能，并開展二次開發實現批量劃分、轉幾何體為零件、批量改名、導出工程量及屬性信息、批量導入坐標點骨架工具等功能，為設計和后期施工管理平臺應用提供模型處理服務。</p><p> 10月18日（本周五）14:00-15:00，達索系統特邀陜西省水利電力勘測設計研究院補舒棋部長為大家帶來<strong>【斗門水庫工程全生命周期數字孿生綜合應用】</strong>案例分享，分享他們的優秀實踐和經驗秘籍，下滑預約！</p><blockquote><strong>該工程以BIM協同設計為基礎，結合先進的GIS技術、傾斜攝影、物聯網、多數據融合、數據采集和數字化模擬分析等手段構建了一個全生命周期管控的數字化孿生應用解決方案</strong></blockquote><p><strong>01 </strong>設計階段：基于達索系統<strong>3D</strong>E平臺實現設計的數字孿生,通過BIM協同設計技術,創建工程精確數字模型,進行數字化綜合拓展應用與分析,提高設計的精確性和效率。</p><p><strong>02 </strong>數字移交：基于數字移交平臺實現設計成果版本的集成共享和圖檔管理,實現設計數據變更的可追溯性,為后續的施工和運維提供基礎。
展開 
數字孿生體的多態
，最后形成員工的綜合性特征，建立員工的數理化模型，在數字孿生體設計開發中，又逐步衍生泛化出崗位A數字孿生體、崗位B數字孿生體、……，有可能進一步泛化到人員A數字孿生體、人員B數字孿生體、……，并在制造過程數字孿生體中進行實例化的應用，如下圖所示：
圖 4 數字孿生體的抽象與泛化
對于一個企業的制造過程數字孿生體來講，人員數字孿生體如此，工具、材料、設備、產品、流程無不如此，在制造過程數字孿生體中，總是存在若干個代表不同真實物理實體，經過賦予個性化特征，又源于同一機理模型和父類數字孿生體的數字孿生體。
整個制造過程的數字孿生體構成一個龐大的數字孿生體群，加之代表在各子數字孿生體形成系統過程所涌現的新特征的數字孿生體，形成完整的制造過程的數字孿生體。對于上級的數字孿生體，可以認為下層的數字孿生體對上層的提供一種服務，即數字孿生體即服務（DT as a Service）。
3.數字孿生體系統的組織構型
對于像制造過程數字孿生體這樣的復雜系統數字孿生體來講，其中各組成部分的子數據孿生體，既要與真實物理實體相對應，形成數字孿生對，又與其它數字孿生體相互作用，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名詞，可以叫“聯邦”，如下圖所示。
展開 數字孿生體的“超級大腦”
數字孿生體與物理世界的互動，推理判斷，以及預測能力，跟人類大腦的功能有著異曲同工之妙。數字孿生體之所以能夠流行，在于其能夠通過互動感知、數字建模、數據分析等，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字孿生體和物理世界將要發生什么。《數字孿生體爆發之謎》中，講述了數字孿生體的兩大“器官”，數字建模（軀體）和互動（神經系統），這兩個系統使得數字孿生體具有了初步的生命特征，可以感知和驅動物理世界。但由于缺乏思考能力，目前的數字孿生體還是個“傀儡”或“僵尸”孿生體。讓數字孿生體成為更有“生命力”孿生體的是能夠產生理性思考、預測與判斷能力的“大腦”的進化和形成。
1、模擬仿真：數字孿生體的“左腦”
“無仿真，不孿生。”是我們對數字孿生理解的一個基本判斷。模擬仿真過程提供了數字孿生體的“左腦”。
模擬仿真是基于完整信息和明確機理計算未來，將“數化”過程建立的模型與物理機理相結合，包括材料性質、理論規律、工程規律等，根據完整和實時的邊界條件和物理狀態，來計算和預測數字模型的下一步狀態。這種仿真不是對一個階段或一種現象的仿真，應是全周期和全領域的動態仿真。實時邊界條件和物理對象狀態是被完整測量，可作為物理規律的完備輸入條件。模擬仿真的輸出結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、化學等）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、數值計算、工程算法、經驗公式等。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 直升機動力系統的數字孿生體
致力于數字孿生體技術的研究與發展
通過解決方案和工程化應用造福人類
來源：數字孿生體實驗室原創
作者：孫昊
轉載請注明來源和出處
在如今，為了更好地預測機械零件的壽命，直升機行業已經開始越來越重視數字孿生技術的發展。因為可用于測量飛行期間載荷的傳感器數量有限，所以為了計算機械零件承受的所有載荷，則可以進行模擬仿真以進行補充。對于仿真計算來說，因為直升機動力學系統的復雜性，所以使用多體動力學的形式建立多個子系統的局部模型是有效的方法。本文將介紹某國外直升機主旋翼傾斜盤為研究對象創建數字孿生體的案例。
航空發動機的數字孿生體解決方案
以F100-PW-229發動機控制系統設計為例，數字孿生體適用于包括調節計劃、回路增益、提前量和修正調節計劃在內的全部控制系統設計。將F100-PW-229發動機的加速過渡態的發動機/控制系統數學模型的預估結果與初步放飛（IFR）發動機的試驗數據進行了比較。選擇的飛行狀態是高度6960m，飛行Ma為0.8，選擇的過渡狀態是空中慢車到最大加力。在此過程中，由于轉子轉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。比較結果表明，無論是推力還是總增壓比，數字孿生體的結果與高空試驗臺試驗結果都十分接近。
構建航空發動機的數字孿生體，可以實時反映航空發動機的運行狀態，預測發動機在未來工況變動下的性能特征，是提高發動機可靠性和設備健康管理的先進手段。本文闡述了航空發動機的數字孿生體解決方案，旨在為協助國內航空發動機及燃氣輪機企業落地數字孿生業務。
參考架構
航空發動機的數字孿生體架構包括發動機的物理系統、數字孿生體、測量與控制設備、以及包含了人機界面的用戶域。如圖1所示。
圖1 航空發動機的數字孿生體架構
航空發動機總體性能的數字孿生體
圖2航空發動機總體系統的數字孿生體示意圖。數字孿生體中包括了進氣口、風扇、壓氣機、燃燒室、渦輪、尾噴管等。
圖2 航空發動機總體系統的數字孿生體示意圖
航空發動機的數字孿生體可以反映的主要性能參數包括發動機單位推力和單位燃油消耗率，實時控制參數主要包括的壓氣機增壓比、風扇增壓比、涵道比、渦輪進口總溫等。
展開 數字孿生體爆發之謎
當前業界對數字孿生體起源的普遍認定是2003年Michael Grieves博士所提，但似乎沉寂多年，直到2018年才爆發。是什么導致了數字孿生體的突然爆發？
5.4億年前，長達30億年的時間，地球上的生命基本處于單細胞狀態（水生細菌和藻類）。距今5.4年前后的寒武紀，地球上的生命形態突然爆發，類水母的多細胞生物的出現，表征著生物進化瓶頸的突破。是什么導致地球生物的大爆發？
對這兩個相似的爆發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論——數字孿生體是個具有社會性的生命體。正是因為數字孿生體的這一特性，使得他在進化歷程上與生物具有巨大相似性。
數字孿生體的定義、體系框架、核心技術等特征表明：數字孿生體是個具有社會性的生命體，其產生、進化和社會性，都符合生物進化和社會發展規律。這意味著數字孿生體不僅有軀體、神經系統，還有大腦、基因、五官等生命體所應有的器官。不過，理解這一切還要從理解什么是數字孿生體說起。
數字孿生體系框架
在《數字孿生體技術白皮書（2019）》中，我們給出了數字孿生體的定義：數字孿生體是現有或將有的物理實體對象的數字模型，通過實測、仿真和數據分析來實時感知、診斷、預測物理實體對象的狀態，通過性能和狀態優化和指令發送來調控物理實體對象的行為，通過相關數字模型間的相互學習來進化自身，同時改進利益相關方在物理實體對象生命周期內的決策。
這個定義既承接了國際標準參考架構，也是我們設計理論架構的基礎。下圖是我們提出的理論架構，本架構可以指導數字孿生體的建設與實施。
可見，數字孿生體系架構包含以下要素：數字建模、測量與控制、模擬仿真、數據分析、數字資產和人機交互。
展開 航空發動機的數字孿生體解決方案
圖1 航空發動機的數字孿生體架構
航空發動機總體性能的數字孿生體
圖2航空發動機總體系統的數字孿生體示意圖。數字孿生體中包括了進氣口、風扇、壓氣機、燃燒室、渦輪、尾噴管等。
圖2 航空發動機總體系統的數字孿生體示意圖
航空發動機的數字孿生體可以反映的主要性能參數包括發動機單位推力和單位燃油消耗率，實時控制參數主要包括的壓氣機增壓比、風扇增壓比、涵道比、渦輪進口總溫等。
數字孿生體在汽車行業的應用展望
數字孿生體構建的全生命周期，將擁有所有實時性能、傳感器和檢查數據，以及服務歷史、配置更改、零件更換和保修數據。
8. 供應鏈：數字孿生體允許我們監控和模擬影響供應鏈的事件，例如，自然災害或與關鍵國家的貿易爭端，以及如何去主動應對這些事件。
例如，如果我們想模擬來自美國的原材料減少的影響，數字孿生可以幫助您決定如何有效地履行客戶承諾。您可以開始對各種數據點進行建模，比如新原材料在傳輸過程中花費的時間，或者其是否易腐，這讓制造業開始變得更加主動而不是被動。
5G賦能數字孿生體應用的價值、路徑與案例
本文探討了5G網絡技術特性及其對數字孿生體應用的重要支撐作用，包括兩者不謀而合的發展規律和融合路徑，兩者融合的歐洲5G工業園區規劃目標，和在此領域開展的一些典型應用研究的案例。
5G是支撐數字孿生體虛實互動的重要基礎
安世亞太對于數字孿生體的定義是：現有或將有的物理實體對象的數字模型，通過實測、仿真和數據分析來實時感知、診斷、預測物理實體對象的狀態，通過優化和指令來調控物理實體對象的行為，通過相關數字模型間的相互學習來進化自身，同時改進利益相關方在物理實體對象生命周期內的決策。
數字孿生體參考架構及其生命特征（源自安世亞太）
在數字孿生體的構建和應用過程中，物理對象和其數字孿生體之間，存在著海量的實時數據交互。
安世亞太《數字孿生體技術白皮書》所提出的參考架構及其生命特征的表述中，將這一過程比喻為人體和外界環境的互動，傳入神經和傳出神經隨時傳輸著各種感知信息和控制指令。而在數字孿生體應用中，通信網絡則同樣起著人體神經系統的作用。
神經末梢的廣泛度、神經傳輸速度、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，有人老態龍鐘。醫學機構還對神經系統的評估提出了一系列的標準，例如美國國立衛生院的神經功能缺損評分標準NIHSS、格拉斯哥昏迷評分標準GCS等。
在數字孿生體應用中，不同應用場景對數據傳輸的分布節點數量、可移動性、傳輸帶寬、延時、損耗等也存在不同的要求。通信行業也陸續提出了一些標準來對通信網絡進行評價，例如用戶體驗速率、連接數密度、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，神經系統和通信網絡兩者的評價標準之間，存在很多共性的東西。
展開 數字孿生體究竟是一種什么東西
于是，團標為數字資產這個概念給出了新定義：數字資產是以數字實體形式存在的認知資產；進而為數字資產在數字孿生體概念體系中找到了自己的位置（圖4）。
圖4 數字孿生體概念體系更新版
與上個月《數字孿生體標準化進展年度回顧》中的版本相比，圖4增加了數字孿生體和數字資產的多重繼承關系，并修正了幾處錯誤。
將數字孿生體認定為數字資產（既是數字實體，又是認知資產），以及將DIKW（數據、信息、知識和智慧）體系抽象為認知資產，可見的好處有如下幾條：
通過理清認知資產、無形資產和數字資產之間的關系，豐富了資產管理分類體系。
DIKW的認知資產體系為數字孿生系統架構設計和分析提供了新的視角。
借鑒數字資產領域的技術和應用進展，為建立數字孿生體管理和治理體系提供支撐。例如，區塊鏈技術在數字孿生系統安保子系統的應用。
擺脫英文語義關系束縛，引入業務和架構因素，為數字孿生體建立真正意義上的概念體系本體模型。
將數字孿生體的管理納入系統工程框架（圖5），將系統工程/MBSE是數字孿生體、數字孿生系統和數字線程的頂層框架技術和關鍵技術這句話落到實處。
圖5 安世亞太精益研發三維系統工程模型
正如團標中給出的按時間、空間和目的-手段關系構建的三維分類框架（圖6）是人類認識世界的分類框架，在圖5基礎上抽象出來的系統工程三維參考框架則是人類改造世界的行動框架。這兩個框架將繼續在數字孿生體標準化工作中發揮重要作用。
展開 面向數字孿生戰場的智能體建模框架構建
本文來源：防務快訊
作者：吳云超等
摘 要：
針對現有軍事對抗推演平臺缺乏智能算法訓練支撐能力的問題，分析了智能博弈技術的需求以及游戲對抗領域對智能決策問題的實現方法，研究了面向數字孿生戰場的仿真數據模糊化以及任務分解等技術，構建了面向強對抗孿生戰場的決策智能體建模框架，設計了數字孿生戰場決策模型輸入和輸出層模型結構，為數字孿生戰場中智能決策模型訓練研發提供參考。
0 引言
隨著“云物大智”等新技術的飛速發展與應用，數字孿生（digital twin）概念在制造業中應運而生，為制造業向更高的信息化階段發展描繪了遠景藍圖。數字孿生指利用物理模型、傳感器更新和運行歷史等數據，集成多學科、多物理量、多尺度和多概率的仿真過程，在虛擬空間中完成映射，從而反映相應的實體裝備的全生命周期過程。
數字孿生的核心理念和模式引入軍事領域尤其是戰場建設領域，催生了數字孿生戰場的概念。數字孿生戰場的核心是對真實作戰環境的逼真模擬，進而基于孿生戰場中的超實時推演，預測真實戰場未來可能的變化，從而為作戰決策提供依據。為實現上述目標，需構建作戰實體的行為決策模型。
展開 空調系統的數字孿生體應用實例上
《基于Flownex的數字孿生體解決方案》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、冷卻系統、通風空調、油氣管網、航空發動機與燃機等應用場景的數字孿生體搭建。本文介紹該解決方案在空調系統數字孿生體中的應用實例，分為上下兩篇，上篇著重介紹空調系統的數化方法和過程，下篇將著重介紹數字對象和物理對象之間的實時動態互動技術。
背景與挑戰
中央空調系統是辦公樓里的耗電大戶，使用數字孿生技術對中央空調系統進行研究，對于節能環保有著非常好的經濟效益和社會效益。
安世亞太總部是一幢五層的獨棟建筑，樓內安裝有多聯機中央空調系統，室外機統一布置在大樓頂層，每臺室外機通過配管連接并拖動某層樓中一半的室內機。室外側采用風冷換熱的形式，室內側采用制冷劑蒸發換熱的形式。
圖：安世亞太總部大樓
圖：多聯機空調系統示意圖
圖：室外機組
圖：室內機組
空調系統數字孿生體的架構
空調系統數字孿生體的架構及關鍵技術如下圖所示。
圖：空調系統數字孿生體的架構
在空調系統數字孿生體的建立中，需要使用CAE仿真分別建立三個物理系統的孿生體，分別是物理制冷循環系統孿生體、物理通風管路系統孿生體和物理室內通風系統孿生體。這三個物理系統孿生體之間的構成和關系如下圖所示。
圖：空調系統中三個物理子系統的孿生體數化過程
空調系統數字孿生體的搭建過程
針對物理制冷系統和通風管路系統，使用Flownex進行數字孿生體的搭建工作。
Flownex具有兩相流動計算功能，能夠計算制冷循環中制冷劑的相變和換熱過程。
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