工業(yè)數(shù)字孿生發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段，其發(fā)展背后是數(shù)字化技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的演進(jìn)與變革。第一階段，概念發(fā)展期。2003年，美國(guó)密歇根大學(xué)MichaelGrieves教授首次提出了數(shù)字孿生概念，概念提出的基礎(chǔ)是當(dāng)時(shí)產(chǎn)品生命周期管理（PLM）、仿真等工業(yè)軟件已經(jīng)較為成熟，為數(shù)字孿生體在虛擬空間構(gòu)建提供支撐基礎(chǔ)。第二階段，應(yīng)用于航空航天行業(yè)。數(shù)字孿生最早應(yīng)用于航空航天行業(yè)，2012年美國(guó)空軍研究室將數(shù)字孿生應(yīng)用到戰(zhàn)斗機(jī)維護(hù)中，而這與航空航天行業(yè)最早建設(shè)基于模型的系統(tǒng)工程（MBSE）息息相關(guān)，能夠支撐多類模型敏捷流轉(zhuǎn)和無(wú)縫集成。第三階段，向多類行業(yè)拓展應(yīng)用。近些年，數(shù)字孿生應(yīng)用已從航空航天領(lǐng)域向工業(yè)各領(lǐng)域全面拓展，西門子、GE等工業(yè)巨頭紛紛打造數(shù)字孿生解決方案，賦能制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。數(shù)字孿生蓬勃發(fā)展的背后與新一代信息技術(shù)的興起、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在多個(gè)行業(yè)的普及應(yīng)用有莫大關(guān)聯(lián)。
工業(yè)數(shù)字孿生功能架構(gòu)
工業(yè)數(shù)字孿生是多類數(shù)字化技術(shù)集成融合和創(chuàng)新應(yīng)用，基于建模工具在數(shù)字空間構(gòu)建起精準(zhǔn)物理對(duì)象模型，再利用實(shí)時(shí)IOT數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而通過數(shù)據(jù)與模型集成融合構(gòu)建起綜合決策能力，推動(dòng)工業(yè)全業(yè)務(wù)流程閉環(huán)優(yōu)化。
第一層，連接層。具備采集感知和反饋控制兩類功能，是數(shù)字孿生閉環(huán)優(yōu)化的起始和終止環(huán)節(jié)。通過深層次的采集感知獲取物理對(duì)象全方位數(shù)據(jù)，利用高質(zhì)量反饋控制完成物理對(duì)象最終執(zhí)行。
第二層，映射層。具備數(shù)據(jù)互聯(lián)、信息互通、模型互操作三類功能，同時(shí)數(shù)據(jù)、信息、模型三者間能夠?qū)崟r(shí)融合。其中，數(shù)據(jù)互聯(lián)指通過工業(yè)通訊實(shí)現(xiàn)物理對(duì)象市場(chǎng)數(shù)據(jù)、研發(fā)數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)、運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)等全生命周期數(shù)據(jù)集成；信息互通指利用數(shù)據(jù)字典、元數(shù)據(jù)描述等功能，構(gòu)建統(tǒng)一信息模型，實(shí)現(xiàn)物理對(duì)象信息的統(tǒng)一描述；模型互操作指能夠通過多模型融合技術(shù)將幾何模型、仿真模型、業(yè)務(wù)模型、數(shù)據(jù)模型等多類模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)和集成融合。
第三層，決策層。在連接層和映射層的基礎(chǔ)上，通過綜合決策實(shí)現(xiàn)描述、診斷、預(yù)測(cè)、處置等不同深度應(yīng)用，并將最終決策指令反饋給物理對(duì)象，支撐實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。
全生命周期實(shí)時(shí)映射、綜合決策、閉環(huán)優(yōu)化是數(shù)字孿生發(fā)展三大典型特征。
一是全生命周期實(shí)時(shí)映射，指孿生對(duì)象與物理對(duì)象能夠在全生命周期實(shí)時(shí)映射，并持續(xù)通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)修正完善孿生模型；
二是綜合決策，指通過數(shù)據(jù)、信息、模型的綜合集成，構(gòu)建起智能分析的決策能力；
三是閉環(huán)優(yōu)化，指數(shù)字孿生能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)物理對(duì)象從采集感知、決策分析到反饋控制的全流程閉環(huán)應(yīng)用。本質(zhì)是設(shè)備可識(shí)別指令、工程師知識(shí)經(jīng)驗(yàn)與管理者決策信息在操作流程中的閉環(huán)傳遞，最終實(shí)現(xiàn)智慧的累加和傳承。
工業(yè)數(shù)字孿生技術(shù)體系架構(gòu)
工業(yè)數(shù)字孿生技術(shù)不是近期誕生的一項(xiàng)新技術(shù)，它是一系列數(shù)字化技術(shù)的集成融合和創(chuàng)新應(yīng)用，涵蓋了數(shù)字支撐技術(shù)、數(shù)字線程技術(shù)、數(shù)字孿生體技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)四大類型。其中，數(shù)字線程技術(shù)和數(shù)字孿生體技術(shù)是核心技術(shù)，數(shù)字支撐技術(shù)和人機(jī)交互是基礎(chǔ)技術(shù)。
