微课9-2 数字孪生基础

微课9-2数字孪生基础作为智能制造的关键技术，数字孪生通过创建物理实体的虚拟模型并实时映射其状态，在虚拟空间中模拟分析物理实体的行为，助力生产过程的优化与决策，推动制造业向智能化、高效化发展。两者融合，为现代制造业带来创新与变革动力。简单来说，数字孪生就是在一个设备或系统的基础上，创造一个信息化平台上的数字版虚拟“克隆体”。微课9-2数字孪生基础（1）全生命周期，是指数字孪生可以贯穿产品包括设计、开发、制造、服务、维护乃至报废回收的整个周期，它帮助企业把产品更好地造出来，还包括帮助用户更好地使用产品。（2）实时/准实时，是指本体和孪生体之间，可以建立全面的实时或准实时联系。两者并不是完全独立的，映射关系也具备一定的实时性。（3）双向，是指本体和孪生体之间的数据流动可以是双向的。并不是只能本体向孪生体输出数据，孪生体也可以向本体反馈信息。可以根据孪生体反馈的信息，对本体采取行动和干预。微课9-2数字孪生基础数字孪生是通过对物理实体或系统进行精确建模和实时数据交互，在虚拟空间中构建出一个与之对应的数字模型，以实现对物理实体的动态映射、模拟分析和优化决策。它是物联网、大数据、AI、云计算、虚拟现实等技术的深度融合，广泛应用于航空航天、汽车制造、工业生产、城市管理等领域。9.2.1概念与特点数字孪生的核心特点主要如下。（1）虚实映射。通过实时数据采集与分析，在虚拟空间构建物理实体精确模型，实现虚拟与实体的双向反馈与实时同步，优化决策与控制。（2）高保真建模。对物理实体精确几何建模和物理特性建模，逼真模拟。（3）动态模拟与预测。通过实时数据驱动虚拟模型，模拟物理实体的动态行为，并预测其未来状态，支持决策优化。（4）数据融合与分析。融合多源异构数据，运用AI与数据分析技术。（5）人机交互与可视化。通过直观可视化呈现复杂模型与数据。9.2.1概念与特点数字孪生的核心技术包括如下。（1）数据采集与感知技术：通过物联网传感器、5G网络、边缘计算设备等，实时采集物理实体的运行数据，为数字孪生模型提供实时数据。（2）建模与仿真技术：利用CAD、BIM、GIS等工具构建三维几何模型，结合物理规律和机器学习算法实现动态仿真。（3）数据融合与分析技术：融合多源异构数据，利用云和AI算法。（4）虚实交互与映射技术：数字主线和唯一标识关联物理体与虚拟模型。（5）可视化与人机交互技术：利用游戏引擎、工业可视化工具等实现三维场景的可视化渲染。9.2.2核心技术相比于设计图纸，数字孪生体最大特点在于对实体对象（本体）的动态仿真。也就是说，数字孪生体是会“动”的。而且，它“动”的依据来自本体的物理设计模型，还有本体上面传感器反馈的数据，以及本体运行的历史数据。实际上，本体的实时状态，还有外界环境条件，都会复现到“孪生体”身上。如果需要改动系统设计，或者要知道系统在特殊外部条件下的反应，可以在孪生体上进行“实验”。9.2.3动态仿真我们通过一些案例来了解数字孪生体的价值。（1）工业制造。数字孪生起源于工业制造领域，是主战场。在产品研发的过程中，可以虚拟构建产品数字化模型，对其进行仿真测试和验证。生产制造时，可以模拟设备的运转和参数调整带来的变化。数字孪生能够有效提升产品的可靠性和可用性，同时降低产品研发和制造风险。（2）智慧城市。数字孪生和通信技术、智慧城市等有非常密切的关系。5G开启“万物互联”时代，使人类的连接技术到了前所未有的高度。未来，云和端之间可以建立更紧密的连接，帮助构建强大的数字孪生城市。9.2.4数字孪生的价值智能制造与数字孪生的融合是制造业数字化转型的核心方向。数字孪生通过构建物理实体的虚拟模型，实现对物理世界的实时映射和优化，是智能制造的关键推动力。两者融合后，能够显著提升生产效率、产品质量和企业竞争力，推动制造业的深刻变革。通过实时数据驱动的虚拟模型，企业能够优化生产流程、提高产品质量、降低成本并