数字孪生的发展与应用

数字挛生的发展与应用

目录

一、数字李生的发展....................................................2

二、数字挛生的定义....................................................2

三、数字李生标准体系框架..............................................4

3.1数字李生基础共性标准..........................................5

3.2数字李生关键技术标准..........................................6

3.3数字李生工具/平台标准.........................................6

3.4数字挛生测评标准..............................................7

3.5数字李生安全标准..............................................7

四、数字李生五维模型..................................................8

五、多行业、多领域应用................................................9

六、数字李生航空航天领域应用.........................................11

6.1数字李生卫星，空间通信网络....................................11

6.2航天飞行器数字李生技术及仿真平台............................12

6.3航空发动机低玉涡轮单元体对接术...............................13

6.4航空发动机全生命周期管理.....................................16

6.5航天器系统工程模型与实现.....................................18

6.6单机质量监控技术研究.........................................20

6.7火箭起飞安全系统设计.........................................21

6.8航空发动机运行维护中的应用...................................24

6.9数字挛生驱动的固体发动机总体设计体系架构与应用..............25

6.10航空发动机智能生产线中的应用................................27

七、数字挛生的趋势...................................................30

1

一、数字挛生的发展

数字李生的概念最初于2003年由Grieves教授在美国密歇根大

学产品生命周期管理课程上提出，早期主要被应用在军工及航空航天

领域.如美国空军研究实验室、美国国家航空航天局(NASA)基于数字

李生开展了飞行器健康管控应用，

美国洛克希德马丁公司将数字李生引入到FG35战斗机生产过程

中，用于改进工艺流程，提高生产效率与质量。由于数字李生具备虚实

融合与实时交互、迭代运行与优化、以及全要素/全流程/全业务数据

驱动等特点，目前已被应用到产品生命周期各个阶段，包括产品设计、

制造、服务与运维等。

随着美国工业互联网、德国工业4.0、及中国制造2025等国家

层面制造发展战略的提出，智能制造已成为全球制造业发展的共同趋

势与目标.数字李生作为解决智能制造信息物理融合难题和践行智能

制造理念与目标的关键使能技术，得到了学术界的广泛关注和研究，

并被工业界引入到越来越多的领域进行落地应用。

二、数字李生的定义

数字挛生(digitaltwin)是以数字化方式创建物理实体的虚拟

模型，借助数据模拟物理实体在现实环境中的行为，通过虚实交互反

馈、数据融合分析、决策迭代优化等手段，为物理实体增加或扩展新

的能力。作为一种充分利用模型、数据、智能并集成多学科的技术，

数字李生面向产品全生命周期过程，发挥连接物理世界和信息世界的

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桥梁和纽带作用，提供更加实时、高效、智能的服务。

广为接受的定义：数字李生是一个集成的多物理、多尺度、概率

性的在建系统高保真仿真模型，由数字主线（digitalthread）驱动,

借助高精度模型、传感器信息和输入数据来映射和预测实际物理李生

实体全生命周期的运行情况和性能。（2012年，NASA发布《技术领

域：建模、仿真、信息技术和处理路线图》）

图物理世界与数字世界

数字李生的内涵包括以下几个方面：

►数字李生包含表征在建系统材料微观组织结构、缺陷、制造公

差等特性的精确模型，且其长度跨越了从微米到米的宽广范围；

A数字李生需要一系列高保真物理模型的支撑；

a数字李生高度依赖综合健康管理系统（IVHM）,不断传输产品

运行过程中的实时监测数据，如变形、应力、应变、温度、振动等，

3

动态修正自身模型，精确预测和监控产品的性能、寿命、任务可靠性,

达到虚实融合的目的；

►数字李生通过大数据挖掘、文本挖掘集成产品数据资料、维修

报告和其他历史信息，为仿真提供支撑。

三、数字挛生标准体系框架

数字李生标准体系框架，从基础共性标准、关键技术标准、工具/

平台标准、测评标注、安全标准、行业应用标准6个方面给出标准指

导。

4

数字阜生标准体系

3.1数字季生基础共性标准

数字号牛与础共性相关标准

术用

5

3.2数字零生关键技术标准

包括物理实体标准、虚拟实体标准、李生数据标准、连接与集成

标准、服务标准五部分。

数字与生关键技术相关斥准

I物理实体I虚拟实体隼生数据连接与架成服务

服

务

交

％

一

3.3数字季生工具/平台标准

数字挛生工具/平台相关标准

平

平

工

平

工

工

台

台

具

台

平

平

平

具

工

工

工

具

接

使

使

台

台

台

运

运

具

具

具

二

口

用

用

安

功

性

行

性

集

功

行

次

和

与1

全

能

能

能

成

能

环

环

开?

维

维

集

境

境

发

护

护

成

□标准名称□主要内容

6

3.4数字零生测评标准

数字率生溺泮相关标准

测泞用例

口标准名称口主要内容

3.5数字享生安全标准

数字享生安全相关标准

物理系统安全要求功能安全要求信息安全要求

李

学

生

物

季

孚

生

系

理

生

生

挛

系

统

系

系

系

生

电

机

统

李

安

统

统

统

系

械

气