電影《鋼鐵俠》中經(jīng)典一幕：托尼·斯塔克通過(guò)全息影像技術(shù)輔助戰(zhàn)衣升級(jí)，新穎獨(dú)特的數(shù)字化設(shè)計(jì)方式，令人大開(kāi)眼界?？萍嫉倪M(jìn)步使人擺脫圖紙和實(shí)物的束縛，在一個(gè)高度仿真的虛擬化環(huán)境中進(jìn)行創(chuàng)作和實(shí)驗(yàn)，雖然這只是科幻電影，但這代表了人類(lèi)對(duì)未來(lái)數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用的美好憧憬。
數(shù)字孿生（Digital Twin）概念最早由NASA提出，并應(yīng)用于航天飛機(jī)的健康維護(hù)與保障。
數(shù)字孿生，指充分利用物理模型、傳感器、運(yùn)行歷史等數(shù)據(jù)，集成多學(xué)科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過(guò)程。它作為虛擬空間中對(duì)實(shí)物的鏡像，反映了對(duì)應(yīng)物理實(shí)體的全生命周期過(guò)程。
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，數(shù)字孿生就是創(chuàng)造一個(gè)物理實(shí)體的數(shù)字化雙胞胎，它的載體是信息化平臺(tái)。
其最大的特點(diǎn)在于它是“活”的，通過(guò)各種傳感器采集數(shù)據(jù)，輸入預(yù)設(shè)的模型和算法，產(chǎn)生與真實(shí)系統(tǒng)表現(xiàn)一致的動(dòng)態(tài)效果。這種數(shù)據(jù)流動(dòng)是實(shí)時(shí)和雙向的，仿真運(yùn)算的分析結(jié)果可反饋到真實(shí)系統(tǒng)，進(jìn)一步指導(dǎo)決策和行動(dòng)。
在工業(yè)領(lǐng)域，數(shù)字孿生應(yīng)用范圍涵蓋企業(yè)的全生命周期，從規(guī)劃設(shè)計(jì)到運(yùn)營(yíng)維護(hù)，能切實(shí)幫助企業(yè)優(yōu)化設(shè)計(jì)、提升工作績(jī)效、改善產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本。例如，利用模型加減速，預(yù)測(cè)風(fēng)險(xiǎn)或趨勢(shì)，及時(shí)調(diào)整生產(chǎn)計(jì)劃。
結(jié)合AR/VR技術(shù)，還可以讓員工沉浸式體驗(yàn)3D數(shù)字化工廠，提升知識(shí)與技能；模擬事故演練，增強(qiáng)企業(yè)的應(yīng)急管控能力。
2020年4月，國(guó)家發(fā)改委和中央網(wǎng)信辦聯(lián)合發(fā)布《推進(jìn)上云用數(shù)賦智行動(dòng)培育新經(jīng)濟(jì)發(fā)展實(shí)施方案》，將數(shù)字孿生提到與大數(shù)據(jù)、人工智能、5G等并列的高度，倡議開(kāi)展數(shù)字孿生創(chuàng)新計(jì)劃。
根據(jù)市場(chǎng)調(diào)查，70%以上的受訪企業(yè)對(duì)數(shù)字孿生及其相關(guān)專(zhuān)業(yè)知識(shí)缺乏認(rèn)知。但多數(shù)企業(yè)對(duì)此充滿期待，迫切希望了解數(shù)字技術(shù)如何幫助其取得成功。
作為中國(guó)自動(dòng)化和信息化領(lǐng)域的先行者，中控在流程工業(yè)的數(shù)字孿生技術(shù)方面沉淀了多年的專(zhuān)業(yè)經(jīng)驗(yàn)，能實(shí)現(xiàn)對(duì)工藝流程、生產(chǎn)裝置以及控制系統(tǒng)的全方位虛擬仿真，真實(shí)完整地呈現(xiàn)企業(yè)的數(shù)字化雙胞胎。
中控的數(shù)字孿生解決方案，以多維度模型驅(qū)動(dòng)為基礎(chǔ)，虛實(shí)互動(dòng)為特點(diǎn)，通過(guò)工藝機(jī)理建模、控制系統(tǒng)仿真、三維可視化等技術(shù)，再現(xiàn)全流程數(shù)字化工廠；融合自我感知、機(jī)器學(xué)習(xí)、實(shí)時(shí)交互等技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)虛擬與真實(shí)環(huán)境的互動(dòng)，達(dá)到兩者的高效迭代和閉環(huán)優(yōu)化。
在企業(yè)全生命周期中的應(yīng)用場(chǎng)景
規(guī)劃設(shè)計(jì)階段：數(shù)字化交付、設(shè)計(jì)參數(shù)校驗(yàn)、工藝可行性分析、工業(yè)裝置安全完整性分析
建設(shè)投運(yùn)階段：控制方案設(shè)計(jì)與測(cè)試驗(yàn)證、操作仿真培訓(xùn)、FAT虛擬調(diào)試、裝置開(kāi)停車(chē)預(yù)演
生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)階段：工況實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)、事故重演與分析、工藝優(yōu)化、APC先進(jìn)控制方案研究
技術(shù)特點(diǎn)
01、嚴(yán)格的機(jī)理算法
基于嚴(yán)格的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)機(jī)理，由狀態(tài)方程求解化學(xué)平衡和相平衡，適應(yīng)于多組分、多相變、復(fù)雜物理化學(xué)反應(yīng)的體系，具備靈活的外延性與P-F傳遞方程算法，能確保物理性質(zhì)，傳遞特性和相位行為的準(zhǔn)確計(jì)算。
02、動(dòng)態(tài)及穩(wěn)態(tài)仿真
提供圖形化、低誤差、交互性的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)全過(guò)程模擬仿真。
03、豐富的物性庫(kù)與設(shè)備模型庫(kù)
具有數(shù)千個(gè)組分的物性數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)千對(duì)二元交互作用參數(shù)，多種狀態(tài)方程可供選擇，支持外部組份物性數(shù)據(jù)庫(kù)，如DIPPR，DDBST等。通過(guò)精細(xì)的設(shè)備尺寸、規(guī)格和性能來(lái)搭建準(zhǔn)確的虛擬工廠及數(shù)字化車(chē)間，提供高精度的仿真模型。
04、控制系統(tǒng)仿真與控制算法庫(kù)
采用先進(jìn)的虛擬控制器技術(shù)，無(wú)需昂貴的硬件，在軟件環(huán)境下，模擬所有數(shù)據(jù)采集、控制及執(zhí)行過(guò)程，是測(cè)試、驗(yàn)證、優(yōu)化控制算法和邏輯的最佳工具。
05、培訓(xùn)與考核
提供包括工藝、裝置及儀器、控制系統(tǒng)、監(jiān)控操作、半實(shí)物仿真、遠(yuǎn)程云培訓(xùn)等多種培訓(xùn)和考核方式。
06、沉浸式3D數(shù)字工廠
采用3D可視化技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)操作結(jié)果與三維數(shù)字工廠的數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)。在AR設(shè)備的輔助下，使操作更加身臨其境。3D仿真還可拓展設(shè)備認(rèn)知、拆解、檢修和故障應(yīng)急處置等技能。
典型行業(yè)應(yīng)用
全球的工業(yè)企業(yè)都在加速利用數(shù)字孿生、數(shù)字主線、虛擬現(xiàn)實(shí)、機(jī)器學(xué)習(xí)、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)型，以提升自身的能力和競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。中控也將不斷升級(jí)和優(yōu)化數(shù)字孿生解決方案，助力企業(yè)“安全、環(huán)保、節(jié)能、提質(zhì)、增效”核心訴求的全方位提升，為企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型帶來(lái)最佳實(shí)踐。
