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最近工信部中國(guó)電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院發(fā)布了《數(shù)字孿生白皮書(shū)》，一下子數(shù)字孿生技術(shù)成為了行業(yè)熱點(diǎn)。跟著小星詳細(xì)了解一下數(shù)字孿生的技術(shù)細(xì)節(jié)、未來(lái)趨勢(shì)和在汽車(chē)技術(shù)中的應(yīng)用吧。

↑數(shù)字孿生的航空發(fā)展背景

數(shù)字孿生“Digital Twin”概念最早出現(xiàn)在航空航天領(lǐng)域并得到大力推廣。NASA在2010年提出數(shù)字孿生，并定義為“集成了多物理量、多尺度、多概率的系統(tǒng)或飛行器仿真過(guò)程”。此后數(shù)字孿生在飛行器健康管理中廣泛應(yīng)用，進(jìn)而在機(jī)身設(shè)計(jì)與維修、飛行器能力評(píng)估、故障預(yù)測(cè)等方面發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。

↑數(shù)字孿生在電力系統(tǒng)的應(yīng)用

數(shù)字孿生技術(shù)起源于航空航天領(lǐng)域，隨著它的逐漸成熟得到越來(lái)越廣泛的傳播。先進(jìn)數(shù)字孿生還被應(yīng)用于電力、船舶、農(nóng)業(yè)、建筑、制造和城市管理等領(lǐng)域中。得益于與互聯(lián)技術(shù)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算和人工智能等新技術(shù)的結(jié)合，數(shù)字孿生技術(shù)演進(jìn)的更準(zhǔn)確更靈活，從而成為了行業(yè)熱點(diǎn)而飽受重視。

↑數(shù)字孿生在自動(dòng)化電機(jī)狀態(tài)監(jiān)控中的應(yīng)用

現(xiàn)代數(shù)字孿生技術(shù)經(jīng)過(guò)不斷完善后具備如下特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。

高度準(zhǔn)確：數(shù)字孿生的數(shù)字虛擬模型與物理實(shí)體高度接近。

實(shí)時(shí)性：數(shù)字孿生中物理對(duì)象與數(shù)字空間能夠?qū)崟r(shí)連接動(dòng)態(tài)交互。

可擴(kuò)展性：數(shù)字孿生能夠針對(duì)多尺度、多層級(jí)的模型內(nèi)容進(jìn)行擴(kuò)展。

↑傳統(tǒng)仿真技術(shù)

數(shù)字孿生技術(shù)與傳統(tǒng)仿真技術(shù)的不同

傳統(tǒng)仿真技術(shù)基于數(shù)字模型對(duì)特定條件進(jìn)行數(shù)學(xué)求解，它已經(jīng)在聲音仿真、發(fā)動(dòng)機(jī)仿真和航空空氣動(dòng)力仿真等方面得到廣泛應(yīng)用。而數(shù)字孿生需要包括仿真、實(shí)測(cè)、數(shù)據(jù)分析在內(nèi)的手段對(duì)物理實(shí)體狀態(tài)進(jìn)行感知、診斷和預(yù)測(cè)。它比較傳統(tǒng)仿真具有實(shí)時(shí)性能夠?qū)崟r(shí)連接物理世界，并且具備分析優(yōu)化功能。

↑數(shù)字孿生在汽車(chē)技術(shù)中的應(yīng)用

目前數(shù)字孿生在汽車(chē)技術(shù)中設(shè)計(jì)和制造及使用方面得到了廣泛應(yīng)用。比如電動(dòng)汽車(chē)電池就可以通過(guò)數(shù)字孿生技術(shù)耦合抽象成設(shè)計(jì)模型和車(chē)輛仿真器。從而基于電池的數(shù)字孿生進(jìn)行閉環(huán)實(shí)時(shí)的車(chē)輛系統(tǒng)控制。數(shù)字孿生技術(shù)可從電池組級(jí)別向下細(xì)分至電芯1D物理模型和降階模型，從而靈活按照不同車(chē)型和電池組設(shè)計(jì)進(jìn)行適配和分析診斷。

↑數(shù)字孿生在電動(dòng)汽車(chē)應(yīng)用中的細(xì)節(jié)

數(shù)字孿生在電動(dòng)汽車(chē)中主要應(yīng)用于動(dòng)力電池、動(dòng)力電機(jī)、發(fā)電機(jī)及發(fā)動(dòng)機(jī)等關(guān)鍵部件的實(shí)時(shí)監(jiān)控和診斷。以動(dòng)力電池?cái)?shù)字孿生為例，通過(guò)對(duì)溫度、電量、阻抗和電壓電流曲線等物理量的仿真和實(shí)時(shí)對(duì)應(yīng)，數(shù)字孿生不僅抽象出電池組模型而且生成細(xì)節(jié)電芯級(jí)模型。數(shù)字孿生基于實(shí)時(shí)測(cè)量和上報(bào)數(shù)據(jù)以及歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行車(chē)輛仿真和控制。換句話說(shuō)，物理世界的真實(shí)空間和云端的數(shù)字孿生進(jìn)行對(duì)應(yīng)，從而更全面的分析車(chē)輛工作狀態(tài)，提前預(yù)測(cè)早期問(wèn)題。

↑動(dòng)力電池?cái)?shù)字孿生的系統(tǒng)組成

具體來(lái)說(shuō)動(dòng)力電池?cái)?shù)字孿生的系統(tǒng)組成包括數(shù)據(jù)產(chǎn)生側(cè)的電池系統(tǒng)、數(shù)據(jù)感知的電池管理系統(tǒng)從機(jī)、數(shù)據(jù)收集的互聯(lián)裝置、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的云端、數(shù)據(jù)分析的軟件API和數(shù)據(jù)可視化的用戶界面UI。而電池模型的建立目前主流方法為基爾霍夫模型方法，或者說(shuō)將電池抽象成復(fù)雜的阻容結(jié)構(gòu)，便于動(dòng)力電池物理實(shí)體的數(shù)字化。

↑基于基爾霍夫的電池?cái)?shù)字化

綜上所述，目前數(shù)字孿生已經(jīng)在包括航空、電力、自動(dòng)化及汽車(chē)等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。它具有高度精確、實(shí)時(shí)性和可擴(kuò)展性的特點(diǎn)。而數(shù)字孿生在電動(dòng)汽車(chē)中主要應(yīng)用于動(dòng)力電池、動(dòng)力電機(jī)、發(fā)電機(jī)及發(fā)動(dòng)機(jī)等關(guān)鍵部件的實(shí)時(shí)監(jiān)控和診斷。希望今天小星的介紹能讓大家對(duì)數(shù)字孿生相關(guān)技術(shù)細(xì)節(jié)有個(gè)深入的了解。