数字孪生技术的工作原理是什么

物理实体与数字化对应体之间的连接
通过安装在物理实体上的传感器收集数据,并利用各种集成技术将数据集成和传输到数字化对应体。

实时同步与数字化复制
数字孪生是物理实体的实时、准确的数字化复制,包括形状、位置、姿态、状态和运动等属性和状态。

全生命周期建模与模拟
在物理实体之前就可以存在数字孪生,允许对预期实体的整个生命周期进行建模和模拟。

虚拟化优势的延伸应用
现有实体的数字孪生可用于实时监控和同步,将虚拟化优势扩展到库存管理、机器故障避免、工具设计、故障排除和预防性维护等领域。

基于用例的数字化表示
数字孪生的表示形式由其创建目的决定,如模拟、集成、测试、监控和维护等基于价值的用例。

个性化模型构建
随着技术发展,医疗保健等领域也可能构建出基于健康和可调整的生活方式参数的个性化模型。
数字孪生技术有哪些优势
数字孪生技术为企业带来了诸多优势,值得重点关注。以下是数字孪生技术的主要优势:

个性化产品和服务
数字孪生技术能够根据个人特征和需求,为客户提供个性化的产品和服务。例如在医疗保健领域,数字孪生可以预测个体患者的反应,为其量身定制治疗方案。这种个性化服务有助于提高客户满意度和忠诚度。

优化资产性能
数字孪生技术可用于监控、诊断和预测资产的性能,优化资产的运行效率。通过实时监控设备的运行状态,数字孪生能够提前发现潜在故障,避免设备意外停机,有助于降低维护成本,延长资产使用寿命。

远程监控和控制
数字孪生技术的虚拟化特性使得企业能够远程监控和控制生产设施,减少现场人员的需求。这不仅提高了运营效率,还能避免人员接触危险环境,提高了人员安全性。

加速生产周期
在实际投产前,企业可以在数字孪生环境中模拟各种情景,优化生产流程。这种"虚拟试错"能够显著缩短新产品的上市时间,提高生产效率。

促进跨组织协作
数字孪生技术能够增强企业、产品和客户之间的互联互通,优化诸如供应链管理等跨组织流程。随着存储和计算成本的下降,数字孪生技术的应用场景也将不断扩大。
如何搭建数字孪生技术
数字孪生技术通过将物理世界与虚拟世界连接起来实现。下面是搭建数字孪生技术的关键步骤:

连接物理与虚拟世界
搭建数字孪生技术的第一步是通过传感器将物理对象或系统与其数字化对应物连接。传感器可以收集和整合数据,实现物理和数字领域之间的实时监控和通信。这种连通性是数字孪生技术的基本特征。

整合物联网和服务化
数字孪生技术的发展与物联网 (IoT) 的增长密切相关,因为物联网使物理和数字系统之间的数据流畅通无阻。此外,通过服务增值于核心产品的服务化,也是构建有效数字孪生解决方案的重要方面。

建立虚拟模型
数字孪生技术利用先进的分析、模拟和建模能力,创建物理资产的详细虚拟表示。这些数字孪生可用于优化资产性能、实现预测性维护并支持决策。

应用人工智能和大数据分析
数字孪生技术还可以利用人工智能和机器学习等技术,对传感器数据进行分析,识别模式和洞见。这些分析能力有助于优化虚拟模型,为物理资产的运营和维护提供指导。
数字孪生技术有哪些应用场景
数字孪生技术在各个行业都有广泛的应用场景。主要的应用领域有:

建筑与基础设施
数字孪生技术在建筑和基础设施领域被广泛应用于规划、设计、施工以及运营维护等活动。数字孪生技术能够实现这类建筑过程的数字化,提高工作效率。地理数字孪生在城市规划中的使用范围也在扩大,它能够捕获和显示实时的 3D 和 4D 空间数据,对城市环境进行建模。

制造业
在制造业中,数字孪生被用于跟踪机器性能并识别需要改进的领域。借助数字孪生技术,制造商能够将物理对象虚拟化,并将其与网络空间集成,实现物理和数字组件之间的交互。进而提高制造过程的模块化、自主性和连接性,提高生产力。

医疗保健
在医疗保健领域,数字孪生被作为基于追踪参数为患者构建个性化模型的方法,从而增强医疗保健的个性化和预见性。数字孪生还被建议作为一种减少自然灾害后对建筑和基础设施进行目视检查的需求的方法。

汽车行业
汽车行业利用数字孪生创建车辆的数字模型,提供有关物理行为、软件、机械和电气组件的见解。汽车领域的数字孪生还可以通过向服务中心发出潜在问题的警报实现预测性维护。

能源行业
能源行业广泛使用数字孪生来支持战略项目规划,并优化资产(如海上设施、炼油厂、风电场和太阳能项目)的性能和生命周期。
总的来说,数字孪生技术在各个行业都有应用,旨在提高性能、实现预测能力并加速生产和规划。
数字孪生技术的组成部分有哪些
数字孪生技术是一种将物理实体与其虚拟模型相连接的创新技术。由以下几个关键组成部分构成:
物理实体与数字模型连接
数字孪生技术通过安装在物理实体上的传感器实现与其数字模型的连接。传感器可以收集实时数据,并通过各种集成技术将数据与数字模型进行集成和通信。这种连接性实现了组织、产品和客户之间的互联互通。
人工智能与预测分析
数字孪生技术具有可重新编程的能力,可以通过物理实体上的传感器、人工智能技术和预测分析自动进行调整。这推动了新功能的实现,例如调整发动机等产品的性能。
数字孪生模型分类
数字孪生通常被划分为数字孪生原型 (DTP)、数字孪生实例 (DTI) 和数字孪生聚合 (DTA) 三种子类型。DTP 包括实现物理产品所需的设计、分析和流程;DTI 是每个产品实例的数字孪生;而 DTA 则是 DTI 的聚合。
虚拟模型与数据集成
数字孪生本身是一个虚拟模型,复制了物理实体的功能、特征和行为。数字孪生中包含的具体信息由使用案例决定,实际的数据和信息可能存储在其他应用程序。
数字孪生技术与物理实体的同步方法是什么
数字孪生技术与物理实体的同步是通过以下几个步骤实现的:
物理实体上安装各种传感器,用于采集实体的状态数据,如形状、位置、手势、运行状态和运动等。这些传感器实时获取物理实体的数据,为数字孪生与物理实体的同步提供了数据源。
采集到的传感器数据需要通过各种集成技术进行集成和通信,以便将数据传输到数字孪生系统中。常用的集成技术包括物联网 (IoT) 技术、边缘计算技术等,可以实现高效的数据传输。
数字孪生系统接收到物理实体的实时数据后,会对数字孪生模型进行实时更新,使其成为物理实体状态的精确虚拟副本。数字孪生不仅能模拟物理实体的形状、位置等静态属性,还能模拟其运行状态、运动轨迹等动态行为。
除了将物理实体的数据同步到数字孪生之外,数字孪生技术还支持双向同步。也就是说,对数字孪生模型进行优化和调整后,可以将优化结果反馈到物理实体,指导物理实体的运行和控制。
通过上述步骤,数字孪生技术能够与物理实体保持实时同步,成为物理实体在虚拟世界中的数字化映射。这种同步不仅可以应用于现有实体的监控和优化,也可以在产品设计阶段就创建数字孪生,对整个生命周期进行建模和模拟。
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