數(shù)字孿生（Digital Twin）的技術(shù)本質(zhì)是面向物理空間的實(shí)體對(duì)象，在數(shù)字化空間中建立對(duì)應(yīng)的孿生體模型，孿生體模型對(duì)實(shí)體對(duì)象在幾何形狀、物理屬性、行為響應(yīng)、規(guī)律規(guī)則等方面進(jìn)行映射和寫(xiě)實(shí)；通過(guò)在數(shù)字化空間中對(duì)孿生體狀態(tài)和行為的推演，預(yù)測(cè)物理空間中實(shí)體對(duì)象的狀態(tài)和行為，從而實(shí)現(xiàn)在數(shù)字化空間中對(duì)物理對(duì)象進(jìn)行監(jiān)控、評(píng)估、診斷和優(yōu)化。
作為第四代數(shù)字化技術(shù)，數(shù)字孿生技術(shù)在航空航天、建筑行業(yè)、核工業(yè)、醫(yī)療行業(yè)等領(lǐng)域已有大量的優(yōu)良實(shí)踐。
達(dá)索公司以飛機(jī)雷達(dá)為例驗(yàn)證了通過(guò)3DE體驗(yàn)平臺(tái)與產(chǎn)品的數(shù)字孿生互動(dòng)。建筑行業(yè)的學(xué)者基于建筑信息模型（BIM），研究了建筑行業(yè)的數(shù)字孿生應(yīng)用。
核工業(yè)的學(xué)者將數(shù)字孿生技術(shù)從BIM應(yīng)用到核能設(shè)施的維護(hù)。醫(yī)療行業(yè)的學(xué)者參考數(shù)字孿生思想，通過(guò)構(gòu)建“虛擬胎兒”預(yù)測(cè)未出生嬰兒的家族遺傳疾病。
在船舶工業(yè)和航運(yùn)行業(yè)，數(shù)字孿生技術(shù)也已有了部分探索和實(shí)踐。
江南造船（集團(tuán)）有限責(zé)任公司
基于“單一數(shù)字模型”核心理念，運(yùn)用三維體驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行數(shù)字化設(shè)計(jì)和VR建造模擬，建立船舶幾何孿生體，提前進(jìn)行空間可達(dá)性、設(shè)備可操作性和可維護(hù)性評(píng)估。
圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò)
中國(guó)船級(jí)社
通過(guò)對(duì)實(shí)體船舶設(shè)備與虛擬船舶設(shè)備的實(shí)時(shí)信息交互與雙向真實(shí)映射，實(shí)現(xiàn)物理船舶設(shè)備、虛擬船舶設(shè)備以及全生命周期、全要素、全業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的集成和融合，從而提供基于數(shù)字孿生的船舶設(shè)備性能評(píng)估及檢驗(yàn)。
挪威船級(jí)社
根據(jù)真實(shí)遭遇的波浪環(huán)境和位置數(shù)據(jù)，在營(yíng)運(yùn)階段監(jiān)測(cè)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)部件的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)，結(jié)合設(shè)計(jì)階段建立的船體結(jié)構(gòu)計(jì)算模型，驅(qū)動(dòng)分析船舶總體或局部的結(jié)構(gòu)部件損傷。
數(shù)字孿生技術(shù)在船舶與航運(yùn)行業(yè)中的應(yīng)用大體可以分為三個(gè)階段：
1
數(shù)字映射
體現(xiàn)在對(duì)船舶建立幾何孿生體，以及一定程度的數(shù)據(jù)可視化；用于協(xié)同船舶的設(shè)計(jì)和建造，并對(duì)營(yíng)運(yùn)數(shù)據(jù)進(jìn)行直觀展示。
2
仿真模擬
指通過(guò)建立設(shè)備級(jí)或簡(jiǎn)單系統(tǒng)的孿生模型，形成對(duì)船舶系統(tǒng)的局部描述；用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)難以直接測(cè)量的設(shè)備系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)信息，以及設(shè)備系統(tǒng)運(yùn)行或故障模態(tài)的仿真反演。
3
推演預(yù)測(cè)
指通過(guò)集成和協(xié)同設(shè)備系統(tǒng)孿生模型，形成對(duì)船舶運(yùn)行狀態(tài)的完整描述；用于對(duì)船舶的運(yùn)動(dòng)行為、狀態(tài)等綜合信息進(jìn)行預(yù)測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)船舶決策控制算法的開(kāi)發(fā)、調(diào)試、驗(yàn)證。
在船舶工業(yè)與航運(yùn)行業(yè)中，目前數(shù)字孿生的應(yīng)用主要體現(xiàn)在數(shù)字映射和仿真模擬階段。
智能船舶向數(shù)字化和自主化發(fā)展的道路存在許多挑戰(zhàn)。數(shù)字孿生技術(shù)也許正是應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)的技術(shù)手段之一。數(shù)字孿生技術(shù)的應(yīng)用基礎(chǔ)是準(zhǔn)確的數(shù)字孿生模型，依賴于穩(wěn)定且可信的數(shù)據(jù)。目前船舶數(shù)據(jù)的獲取已有成熟的技術(shù)積累和行業(yè)共識(shí)，為孿生技術(shù)應(yīng)用提供有力支撐。
數(shù)字孿生是通用技術(shù)，但在船舶工業(yè)和航運(yùn)行業(yè)應(yīng)用時(shí)，應(yīng)清醒地認(rèn)識(shí)到行業(yè)應(yīng)用的難點(diǎn)，而非過(guò)多關(guān)注概念的套用。面向智能船舶實(shí)際需求場(chǎng)景，積極探索數(shù)字孿生技術(shù)的有效應(yīng)用，有助于尋找到解決問(wèn)題的方法和手段。
參考文獻(xiàn)
[1]蔡笑馳,姚怡芝,李鑫.數(shù)字孿生技術(shù)在船舶全生命周期的應(yīng)用架構(gòu)[J].船舶設(shè)計(jì)通訊,2019,No.157(02):31-36.
上海船舶研究設(shè)計(jì)院蔡笑馳
