打通虚实界线 数字孪生风口将至

打通虚实界线 数字孪生风口将至 字体： 小 中 大 分享到： 打通虚实界线 数字孪生风口将至 2022-02-28 08:30:27 来源：***电子报

数字孪生技术广泛应用于工业制造、工程建设、智慧城市、汽车驾驶、***机构、医疗分析、文化旅游创意等诸多领域。数字孪生(Digital Twinning)是一种能够将物理世界与数字世界连接起来，实现虚实融合的复合技术，未来发展潜力巨大。

双应用场景越来越广泛。

随着技术的不断进步，数字结对的应用场景逐渐拓宽，全球各领域的***企业利用数字结对来推动业务和技术。

在智能工厂领域，宝马集团通过英伟达的Omniverse平台在计算机中创建了数字孪生工厂，并在数字孪生工厂中进行了改变生产线配置、移动工人生产线和仓库管理等实验。

在智慧城市领域，爱立信在计算机中创建了大规模的数字双城，以精确模拟5G基站与环境的交互，从而实现5G信号的***传输性能和覆盖范围。

在消防领域，洛克希德·马丁公司与美国州***和联邦林务局合作扑灭野火，并通过NVIDIA Omniverse先进的可视化和模拟平台，通过精确的物理模拟，在数字双胞胎中预测火灾趋势，使系统能够提出抑制火灾的建议和行动。

在气候模拟领域，英伟达计划通过建造超级计算机E-2(Earth-2，Earth-2)，在Omniverse中创建地球的数字双胞胎，并通过模数AI物理模型模拟地球的气候。

在建筑模拟领域，数字双胞胎的应用可以真实模拟建筑物的内部外观。通过数字结对，在***程度考虑自然光特性的前提下，模拟建筑内部的照明设计，通过解决平衡射入建筑的光线的问题，形成恒温系统，节约能源。基础设施工程软件公司Bentley创建的数字双胞胎平台(Digital Twin platform)利用数字双胞胎来建设道路、桥梁、铁路和交通系统。构建完成后，3D模型可用于在整个生命周期中监控和优化性能。

digital twin虚拟世界的组件很大程度上遵循了现实世界的物理规律，因此digital twin可以在一定程度上模拟现实世界的运行，在很大程度上指导现实世界。

数字双胞胎对软硬件要求很高。

数字孪生中的模拟是上述应用案例的共同特征。使用数字结对技术可以取代在现实世界中花费大量时间预测（数据为往年仅供参考）和成本的实验，从而提高产品和服务的研发速度，同时降低成本。例如，宝马使用Omniverse来构建汽车工厂的数字双胞胎，用于定期规划和测试工厂。西门子能源为了实现设备的预测性维护，建造了Digital Twin模拟余热回收蒸汽发生器的腐蚀过程，据统计每年可节约近20亿美元。

数字双胞胎的技术实现有赖于许多新技术的发展和高度集成，以及跨学科知识的综合应用，是一项复杂的、协同的系统工程。数字结对涉及的关键技术有建模、大数据分析、机器学习、仿真等。数字建模技术经历了从物理对象的“组件装配”建模到复杂实体的多维深度融合建模的发展。由于数字双胞胎存在海量数据存储和大数据分析，对数据存储和计算能力提出了极大的挑战。

数字双胞胎对处理芯片、数据平台、设备等提出了很高的要求。一、数字孪生设计的模型和数据规模庞大，包括建模对象全生命周期内不断更新的全要素、全服务、全过程的数据和模型，需要计算机硬件的巨大处理能力。第二，数字孪生对模型仿真和数据分析的效率有实时性要求，即基于实时的模型仿真和数据分析结果，向物理空反馈控制策略，这就要求计算设备或硬件有很强的计算能力。第三，数字孪生对终端设备的交互性、沉浸感和清晰度要求更高，对设备的数据传输能力和显示技术提出了更高的要求。特别是处理芯片和数据平台等。，都成为推动数字双胞胎高效、高速、高质量运行的驱动条件。

数字化挑战和机遇并存。

数字结对是充分利用物理模型、传感器更新、操作历史等数据。，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在virtual 空中完成映射，从而反映相应物理设备和应用场景的全生命周期过程。

数字结对的特点是虚拟空房间与物理实体紧密结合。在5G技术下，数字结对将更容易落地。

在工业领域，数字双胞胎的使用将极大地促进产品的设计、生产、维护和修理的变革。通过数字孪生技术，不仅可以监控工厂设备，实现故障预测和及时维护，还可以实现远程控制和远程维护，大大降低了运营成本，提高了安全性。

在医疗领域，个人健康监测和管理可以通过数字双胞胎更好地了解身体的变化，及时做出疾病预警。未来，通过各种新型医学检测扫描仪器和可穿戴设备，可以完美再现一个数字化的身体。通过跟踪这个数字身体的运动和变化，我们可以更好地监控和管理健康。

在智慧城市领域，无人机将为城市提供基于图像扫描的数字模型，使街道、社区、娱乐、商业等所有功能模块都可以有数字模型，便于人类对城市进行智能化管理。

双胞胎的发展也面临一定的挑战。结对技术需要全球意识，运营监控，整合运营历史积累数据，快速及时输出信息。在数据感知方面，目前的技术水平还很难做到对工厂整机的准确感知。在软件方面，我们需要更先进的算法和各类软件的集成，例如，利用人工智能、边缘计算等技术，更快速地分析处理数据，并进行可视化呈现。数字双胞胎未来发展的解决方案需要依靠芯片、传感器、物联网、软件算法等技术进步。

展望未来，随着城市数字模型的扩展和发展，数字孪生技术将覆盖城市的每一条电力线路、变电站、污水系统、给排水系统、城市应急系统、交通控制系统等诸多地方。目前数字孪生技术的瓶颈来自各个方面，暂时还不能广泛应用，但可以为工业制造和未来生活带来无限可能。随着芯片、传感器、物联网、软件算法等技术的发展，数字双胞胎会有更多的想象空间空。(赛迪顾问有限公司集成电路产业研究中心池先念)

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