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：中国电子报

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、政府机构、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，全球各领域的领先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信号的最佳传输性能和覆盖范围。

在消防领域，洛克希德·马丁公司与美国州政府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，在最大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)

【纠错】