三維數字孿生的案例
六級數字孿生成熟度模型：您的數字孿生成熟了嗎？
數字孿生當前還處于應用的初級階段，期望本文相關工作能為進一步認識數字孿生，開展數字孿生學術研究和交流，推廣落地應用提供一些參考。
02
文章主要工作
1、數字孿生成熟度評價需求分析
數字孿生作為實現信息物理融合的有效手段，受到國內外學術界、政府部門和相關領域人士的廣泛關注與高度重視。近年來，作者團隊圍繞數字孿生五維模型、數字孿生模型構建理論、數字孿生多尺度建模方法、數字孿生模型評價指標體系、數字孿生數據、數字孿生服務、數字孿生標準體系、數字孿生使能技術與工具等開展了探索性理論研究工作, 并聚焦數字孿生車間、數字孿生裝備、數字孿生衛星等開展了一系列應用實踐工作。然而，在與國內外學者、政府部門和相關領域企業交流探討的過程中，發現存在以下共性疑問和困惑：
（1）如何判斷是不是數字孿生？
（2）如何評判現有數字孿生能否滿足應用需求？
（3）若不滿足應用需求如何優化提升？
上述問題可歸結為缺少針對數字孿生范疇和發展階段的系統性描述和評價方法，而成熟度模型是對目標系統的概念范疇、發展過程和階段性目標的系統性描述，同時，它還具有評價目標系統現階段發展水平和能力程度的功能。因此，本文從落地應用的角度出發，研究提出了一套數字孿生成熟度模型，并設計了一套數字孿生成熟度評價應用流程。
2、數字孿生成熟度等級
統計分析現有數字孿生相關理論研究和應用實踐，依據其功能和用途主要可分為以下幾類：①基于數字孿生的物理實體設計驗證與等效分析；②基于數字孿生的物理實體運行過程可視化監測；③基于數字孿生的物理實體遠程運維管控；④基于數字孿生的診斷與預測；⑤基于數字孿生的智能決策和優化；⑥基于數字孿生的物理實體全生命周期跟蹤、回溯與管理。
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 數字孿生，驅動未來|CIBF2024達索系統數字孿生助力電池行業轉型
作為全球領先的數字化解決方案提供商，達索系統（Dassault Systèmes）在國際電池領域扮演著關鍵角色。其先進的數字化技術為電池設計、生產和回收利用提供了全流程的解決方案。在電池設計方面，達索系統的仿真軟件能夠幫助企業快速進行電池設計和優化，提高了產品性能和設計效率。在生產過程中，其數字化制造解決方案實現了生產自動化和智能化，提高了生產效率和產品質量。此外，達索系統在電池回收利用領域也發揮著重要作用，通過數字化技術實現了廢舊電池的高效處理和資源循環利用。
達索系統大中華區電池業高級顧問-高飛先生受主辦方邀約，在本次展會的“先進電池前沿技術研討會”的分論壇“先進鋰離子動力電池技術”中，為各位與會領導及嘉賓帶來了《數字孿生助力電池行業高效全生命周期開發》專題演講。在此次演講中，高飛先生探討數字孿生技術在電池行業中的關鍵作用。數字孿生技術通過建立電池生命周期的數字化模型，實現了從設計到生產再到回收利用的全方位優化。并分享如何利用數字孿生技術提高電池設計的精準度和效率，以及如何通過數字化生產實現生產流程的智能化和自動化。高飛先生為與會者帶來了最新的行業趨勢和解決方案，幫助電池行業企業了解如何利用數字孿生技術推動電池業的高效發展。
作為達索系統在電池領域的數字化轉型服務核心合作伙伴，百世慧也受邀參會本次展會。
百世慧一直致力于為客戶提供全方位的數字化解決方案。我們與達索系統緊密合作，共同推動電池行業的創新和發展。百世慧與諾德股份、盛虹動能等知名企業展開了深度合作，為客戶提供了定制化的數字化解決方案，幫助企業提高了電池設計的效率、提高生產效率。
百世慧將繼續與達索系統密切合作，致力于為客戶提供優質的服務和創新的解決方案，不斷推動電池行業的數字化轉型，為客戶提供更加卓越的數字化體驗，共同促進電池行業的高效發展。
展開 基于數字孿生的數字化車間升級方案
導讀
超同步股份有限公司基于國家戰略方向，結合企業自身發展需要及“2017 年智能制造綜合標準化與新模式應用項目”要求，以最新前沿技術理論為指導，成功探索出數字化轉型升級之路，在行業中具有較強的示范作用。本文根據數字化車間升級的理論與實踐，具體闡述基于數字孿生運行模式的數字化車間 的升級方案與具體實現。
1、技術理論成果概述
1.1 數字孿生車間運行模式
世界各個制造大國提出的制造業國家戰略雖然側重點與背景不盡相同，但其共同目標之一是實現制造業現實世界與信息世界的全面互聯與智能融合。在此背景下，數字孿生及數字孿生車間的概念應運而生。
數字孿生的思想最早由美國密歇根大學 Grieves教授于 2003 年在產品全生命周期管理課程中提出，最初命名為“信息鏡像模型”（information mirroring model），而后逐漸演變為“數字孿生”（digital twin）的術語。
展開 
細說數字孿生：企業數字化未來之門
現有的企業管理軟件設計思路多為模擬企業的實體業務過程及線下操作的動作，如各種單據、表樣、流程等，而不是建立實體業務的數字化模型。因此產生了大量的冗余數據，一致性也較差。通過多維建模，企業數字孿生通過建立企業實體業務的多維模型，實現對業務數據的實時分析，并基于業務動因實時預測業務結果，預警風險并及時調整，實現數據采集、建模仿真、分析預警、決策支持的實時一體化。
3.
數字孿生技術也正逐步在更廣泛的領域得以應用。
數字孿生城市已成為支撐智慧城市建設的技術體系，是虛實交融的城市未來的發展形態，如新加坡政府主導推動的“虛擬新加坡”項目，通過數字孿生實現動態三維城市模型和協作數據平臺。在英國推動的“數字英國”戰略項目中，信息管理框架成為英國國家級數字孿生體的核心技術載體。
05、數字孿生的創新發展的推動力
實體數字孿生應用部署時遇到系統負荷重、運算量大以及孿生體必須跟隨企業經營變化動態調整等諸多現實挑戰，影響落地效果。為應對這些挑戰，傲林科技通過深入分析工業制造、建筑施工、園區管理、城市運營等典型行業場景，首創了“事件網絡（EventNet）”技術。
事件網絡模型綜合了傳統Petri Net和基于事件的系統（EBS，Event-Based System）的優點，既能描述系統組成結構，也能描述事件的因果關系。
展開 【精彩回顧】水利數字孿生產品推動水利數字化建設，遠算參加浙江省數字水庫專題技術交流會
點藍色字關注“遠算云學院”
2022年12月1日，浙江省數字水庫專題技術交流會在杭州召開。本次交流會由浙江省水利科技推廣服務中心主辦，浙江省水利學會、寧波市水利學會、寧波市水庫管理中心協辦。遠算受邀參加，展出了自主研發的水利數字孿生系列產品，賦能水利行業推進數字化、網絡化、智能化智慧水利體系建設。
遠算將數值仿真技術與水利行業創新性地融合，自主研發了大壩健康管理數字孿生平臺、城市內澇預警數字孿生平臺及流域洪澇風險管理數字孿生平臺等水利數字孿生系列產品，實現大壩健康、水庫泄洪、洪峰推演與城市內澇的全流域數字孿生耦合聯動。
大壩健康管理數字孿生平臺是為業主搭建的大壩實時健康體檢系統，運用仿真數值模擬、數據建模分析、高性能計算等先進技術，實時獲取監測點數據，并將在線監測數據與建模分析數據有機結合，充分利用仿真模型創建一個與物理實體相互映射、協同交互的數字孿生體。
平臺可為用戶大幅度減少運維投入，幫助運維人員評判大壩健康狀況和風險情況，及時獲取預警信息，實現預報-預警-預演-預案功能，為大壩的安全管理提供輔助決策依據。
遠算一直以來致力于運用國產
可控水利模型內核助力水利數字孿生，未來也將繼續將數字孿生技術同水利行業知識相結合，助力水利數字化發展，賦能智慧水利建設。
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展開 干貨 | 聯合仿真在數字樣機建設中的應用與數字孿生介紹
在眾多新技術中，數字孿生作為一種極具發展潛力與應用價值的新技術，受到各方青睞。目前，各大公司與研究機構都基于自身技術特點開發出了自己的數字孿生解決方案，并涌現出大量數字孿生概念驗證項目。
ANSYS公司作為商業仿真軟件領域的領軍者，開發出了基于仿真的數字孿生解決方案。基于該方案的各類概念驗證項目，均顯示出了極大的商業價值與技術潛力，成為最高級數據分析手段之一。對數字孿生技術的應用，可為重資產運營企業帶來巨大的經濟效益，使其在第四次工業革命的大潮中站穩腳跟。
ANSYS的數字孿生解決方案，可實現基于ANSYS強大的仿真軟件建立產品數字樣機。在此基礎上，將數字樣機的仿真邊界條件與真實產品上安裝的傳感器數據連接，從而實現物理產品在虛擬世界中的映射，即：在真實產品的運行過程中，虛擬世界中同樣存在一個虛擬產品在以同樣的工作狀態運行。
本次研討會主要內容包括：
1、 介紹采用各類聯合仿真技術，建立產品數字樣機的方法
2、 介紹建立數字樣機的關鍵技術。
3、 介紹ANSYS數字孿生技術。
報名方式
手機端請掃描二維碼報名
或者點擊報名：http://event.31huiyi.com/1727649807/index?c=jishulink
展開 工業數字化轉型的困境 | 從數字孿生的復雜性說起
所以為他們建立的模型并不能完備地代表客體自身，這導致天然客體的數字孿生體并不是真正“孿生”的。
同時即使客體的功能、關系和狀態是可以建模的，而客體與周邊環境相關的行為和安全保障是不可能建立完備的模型的。再者，即便是可以建立的模型，其復雜性往往是指數增長的，往往使得實際的運用上無法實現。
在信息技術的歷史上，數字孿生是隨著在電信管理網、數據庫設計和面向對象開發等信息系統工程應用逐漸發展的，很多問題相關學術領域和企業都已經有深入的研究。其本質至今沒有大的變化。突破模型化的邊界和限制，必須出現原理上的突破。
那么GE號稱有100萬個數字孿生，算是一種突破嗎？答案是，不算多。100萬個數字孿生，就是100萬個對象的實例。可能一個飛機發動機就可能包含了上千個對象實例。1000臺發動機的實例就有100萬個?？梢詫Ρ冗\營商的基站。中國移動通信網絡有上百萬基站，每個基站的管理對象達上千個，移動網管系統包含的基站管理對象是以億計的。移動的移動的業務管理、終端管理和用戶管理的“數字孿生”都是以億計的。當然，GE的數字孿生是用于實時監控、分析和控制的，比電信管理網的事件驅動的“管理”要復雜得多。
數字化交付
數字化交付面臨的問題是，是產品（包括零部件和工作母機）可以實現數字化交付，還是生產過程和運營過程可以實現數字化交付？是離散工業的產品和運營可以實現數字化交付，還是流程工業的產品或運營可以實現數字化交付？
數字化工廠中的數字化交付，工業產品的數字化交付，制造和運營流程的數字化交付，都建立在網絡和軟件平臺之上，都涉及到前述建模這個根本的問題。
展開 ANSYS數字孿生解決方案以及聯合仿真在數字樣機建設中的應用
在眾多新技術中，數字孿生作為一種極具發展潛力與應用價值的新技術，受到各方青睞。目前，各大公司與研究機構都基于自身技術特點開發出了自己的數字孿生解決方案，并涌現出大量數字孿生概念驗證項目。
ANSYS公司作為商業仿真軟件領域的領軍者，開發出了基于仿真的數字孿生解決方案?；谠摲桨傅母黝惛拍铗炞C項目，均顯示出了極大的商業價值與技術潛力，成為最高級數據分析手段之一。對數字孿生技術的應用，可為重資產運營企業帶來巨大的經濟效益，使其在第四次工業革命的大潮中站穩腳跟。
ANSYS的數字孿生解決方案，可實現基于ANSYS強大的仿真軟件建立產品數字樣機。在此基礎上，將數字樣機的仿真邊界條件與真實產品上安裝的傳感器數據連接，從而實現物理產品在虛擬世界中的映射，即：在真實產品的運行過程中，虛擬世界中同樣存在一個虛擬產品在以同樣的工作狀態運行。
本次研討會主要內容包括：
1、 介紹采用各類聯合仿真技術，建立產品數字樣機的方法
2、 介紹建立數字樣機的關鍵技術。
3、 介紹ANSYS數字孿生技術。
報名方式
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或者點擊報名：http://event.31huiyi.com/1728144044/index?c=jishulink
展開 數字孿生本質及落地
作者：朱鐸先 | 來源：蘭光創新
毋庸置疑，數字孿生是當今智能制造領域最熱的話題之一，Gartner自2016年連續三年將數字孿生列為十大戰略科技發展趨勢。近期埃森哲對全球6,200多位業務和信息技術高層管理者進行了調查，其中包括250名中國企業高管，有88%中國高管預計所在企業未來三年內將加大數字孿生領域的投資力度。數字孿生已經成為眾多企業數字化轉型的重要抓手。
但在這個過程中，有些企業過于追求外在“形似”，甚至做成了3D動畫的形式，筆者認為，這種做法只是關注了數字孿生的表象和形式，忽視了其內涵與本質，沒有充分體現出數字孿生應有的價值。
一，映射是表象，內涵是仿真
彭慧研究員曾發表了《數字孿生的前世今生》一文，作者認為是誰最早提出數字孿生概念存在爭議，有些人認為是密歇根大學 Michael Grieves教授2002年提出，也有些人認為是NASA（美國宇航局）最先提出。本文對此不做定論，但這兩個流派對數字孿生的認知很有代表性?！?1，Grieves教授強調了映射
2002年，Michael Grieves教授首次提出了PLM以及現實空間、虛擬空間等概念，該概念模型具備了數字孿生的基本要素，Michael Grieves在后來的著作中稱之為信息鏡像模型（Mirrored Spaces Model），并在2011年的書中引入了術語“數字孿生”。
展開 成功案例丨口腔保健的數字化轉型：Altair 數字孿生技術助力口腔保健分析
一、主要看點
行業：
口腔醫療
挑戰：
傳統方法缺乏預測口腔內受力狀態，也很難從患者方面獲得反饋，因此將口腔掃描、牙齒形狀/位置識別和正畸數字模型生成的過程數字化是一個重大機會。
Altair 解決方案：
iLM （愛樂慕）研發過程集成了 AI、測量數據、數字孿生虛擬頜骨模型和生物力學仿真分析，有助于可視化作用在口腔內的運動和力。Radioss 執行牙齒畸形矯正模擬，并使用仿真來恢復物理現象。它可以為每位患者進行口腔 3D 掃描建模，并配合定制的矯正計劃，實時確定正畸矯治器對患者牙齒、牙齦和口腔的影響。
優點：
使用 Altair? Radioss?，準確率提高了 85% 以上，增強了客戶體驗，并增強了治療結果的分析和預測能力。仿真和 AI 的結合使用戶能夠利用數據并創建預測模型。在 Altair? RapidMiner? 中，iLM 使用黑盒模型來構建預測模型。這些模型具有毫秒級響應時間、低運維成本、快速迭代，并且基于仿真結果具有很高的預測準確性。
二、客戶介紹
愛樂慕成立于 2011 年，總部位于中國北京。該公司是一個領先的品牌， 專注于 5 至 12 歲兒童咬合不正和畸形的早期矯正。iLM 通過數字化創新，致力于推動兒童全周期面部發育管理醫療技術的不斷創新和普及。
三、面臨的挑戰
正畸治療是牙科中最大的類別之一，隨著病例的增加，解決傳統、非數字化方法的缺點至關重要。傳統方法缺乏預測口腔內受力狀態，也很難從患者方面獲得反饋，因此將口腔掃描、牙齒形狀/位置識別和正畸數字模型生成的過程數字化是一個重大機會。為了促進更好的治療和結果，需要借助 Altair 產品的仿真和可視化功能，使得正畸醫生能夠更快、更輕松地進行預測。
展開 
什么是數字孿生？有哪些關鍵能力？
西門子工業軟件在2016年開始嘗試利用數字孿生體來完善工業4.0應用，到2017年底，西門子工業軟件正式發布了完整的數字孿生體應用模型，成為第一個數字孿生倡導者和實踐者（圖1-18）。
▲圖1-18 西門子工業軟件——數字孿生的倡導者和實踐者
數字孿生技術是將帶有三維數字模型的信息拓展到整個生命周期中的數字鏡像技術，
最終實現虛擬與物理世界同步和一致。它不是讓虛擬世界做現在我們已經做到的事情，而是發現潛在問題、激發創新思維、不斷追求優化進步—這才是數字孿生的目標所在。
數字孿生技術幫助企業在實際投入生產之前即能
在虛擬環境中優化、仿真和測試，在生產過程中也可同步優化整個企業流程，最終實現高效的柔性生產，快速創新及上市，鍛造企業持久競爭力。
數字孿生技術是制造企業邁向工業4.0戰略目標的關鍵技術，通過掌握產品信息及其生命周期過程的數字思路將所有階段（產品創意、設計、制造規劃、生產和使用）銜接起來，并連接到可以理解這些信息并對其做出反應的生產智能設備。
數字孿生將各專業技術集成為一個數據模型，并將PLM（產品生命周期管理）、MOM（生產運營系統）和TIA（全集成自動化）集成在統一的數據平臺下，也可以根據需要將供應商納入平臺，實現價值鏈數據的整合，業務領域包括
“產品數字孿生”“生產數字孿生”和
“運營數字孿生”。
在產品的設計階段，利用數字孿生可以提高設計的準確性，并驗證產品在真實環境中的性能。這個階段的數字孿生的關鍵能力包含：
數字模型設計。
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 元宇宙、數字孿生與汽車
圖2：汽車的數字孿生概念圖
那么大家可能會問，這不就是CAD或者仿真技術嗎？實際上，數字孿生和它們有關系，但卻是它們的進化升華版。數字孿生之于傳統CAD和仿真技術，就像傳統CAD和仿真技術之于手繪圖紙。也許將英偉達黃教主的頭“移花接木”到另一圖片上PS一下，你會不以為然；但當GPU渲染出一個有表情、有動作、能說話的Jensen來開個發布會，大家都贊嘆不已。
數字孿生中的數字雙胞胎具備多物理量的虛擬映射，并能覆蓋產品的全生命周期。說人話就是，數字孿生更加“有血有肉”，也能隨時間“成長”。實體設備上傳感器采集的信息會回傳同步到數字孿生上，以支撐更多維度的分析跟蹤，甚至預測實體設備的狀態。
接下來我們在產品生命周期的維度上，看一下數字孿生在汽車研發、制造和運營上的應用。
汽車研發的數字孿生
通過數字孿生技術，我們可以打破固有的新車型設計導入的傳統，快速設計一個數字孿生，并在各種應用場景下對這個虛擬數字孿生進行測試。這相當于將常用于軟件的敏捷開發推廣到整個汽車研發。
當然這樣炫酷的數字孿生，得益于飛速發展的高性能計算芯片、大數據和大存儲、快速三維成型、云計算和人工智能等技術。在傳統的CAD上，我們已經可以在設計階段將車上的所有零部件組裝在一起，檢查干涉和設計避讓，然后作空氣動力學仿真和模態分析等。數字孿生技術在這基礎上更進一層，具有外觀光學、機械動力、硬件電路和軟件算法等特征，供各個部門共同打造。同時數字孿生除了產品本體的虛擬映射外，還能提供虛擬的多維度的測試環境，以便設計人員更快速準確地做出各種設計決策。
展開 2026達索系統企業數字化轉型與智造論壇，數字孿生智能助力新能源及裝備行業
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