万物皆可孪生，应用前景广阔！
来源：数字化企业
作者：黄培博士等
◉ 病人需要做心脏手术，医院可以建立患者心脏的数字孪生模型，体现出病灶的位置和问题，并利用其他类似患者和该患者的数字孪生模型进行对比和模拟分析，以便确定治疗方案，并与患者交流，同时辅助医生或手术机器人进行手术，类似的医学应用还包括植入人工关节等；
◉ 通过建立桥梁的弹性力学孪生模型，结合传感器采集的数据，来分析桥梁结构是否出现了问题，存在垮塌风险，以便及时维修；还可以通过无人机对桥墩进行拍摄，维护人员远程观测是否有裂纹，取代现场观测；
◉ 通过建立锅炉、风力发电机组的热力学孪生模型，结合传感器采集的数据来进行仿真和优化，提高能效，优化运营参数；
◉ 通过建立化工、冶金、建材等流程行业工厂的数字孪生模型，从时间维度体现工厂的建造过程，并在三维空间展现各种反应装置、阀门、压缩机等设备的仪表和传感器实时数据，对安全事故进行预警，及时处置故障隐患，还可以在虚拟环境进行操作员培训；
◉ 通过建立自动化产线的数字孪生模型，在产线设计阶段进行虚拟调试，大大缩短调试周期。在产线实际投入使用之后，如果出现故障，可以通过虚拟调试其数字孪生产线来进行远程故障诊断，及时解决问题；
◉ 通过对城市电网建立数字孪生模型，可以远程监控各个变电站的设备是否存在故障隐患，以便及时排查，避免事故；
◉ 通过对企业的物流供应链建立数字孪生模型，可以及时洞察供应链风险，确保企业零部件和原材料的及时供应和成品的及时交付；
◉ 通过建立工地、矿山、隧道的施工环境（地理信息、地质信息和设备）数字孪生模型，可以实现智能施工，乃至无人矿山；
◉ 通过对建筑、地下管网和城市道路建立数字孪生，可以实现智慧城市和智慧交通，结合物联网数据，对设备故障预警和维护，避免交通拥堵；
◉ 智能汽车在上市之后，可以通过将汽车采集到的异常数据传递到数字孪生模型进行仿真分析，找到故障或者零部件异常磨损的原因，如果是软件系统故障，可以通过OTA对汽车控制软件进行升级，即可解决问题；如果是零部件设计的问题，则可以修改零部件的设计方案，通过产品召回，解决故障隐患问题。
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不只是几何的，更是物理的。虽然数字孪生模型包含对象的几何信息，但真正体现价值的是其物理信息，如产品的运行状态，物理过程的仿真等。
不只是静态的，更是动态的。产品运行过程是动态的，只有对动态问题更深刻认识并施与相应控制，才是数字孪生真正的价值。
不只是对象的，更是环境的、系统的。数字孪生技术可以仿真人在实际问题中感知不到的某些环境。
不只是针对产品，还应当针对使用者。例如，除了汽车的数字孪生模型，还需建立驾驶者数字孪生模型，以便在困难情况下基于特定的驾驶者行为反应，能使驾车效果进一步微调。
孪生数据不仅产生在设计过程，而且产生在产品全生命周期。孪生数据不仅产生于产品的设计，而且在产品的制造、运行、维护等全生命周期过程中，都不断地产生孪生数据。
一个物理实体需要多个从不同侧面或视角描述的数字孪生模型。例如机床加工时的振动变形情况、热变形情况、刀具与工件相互作用的情况，需要不同的数字孪生模型进行描述。
01
热电厂锅炉的数字孪生应用
建立的锅炉数字孪生行为模型，通过热电厂锅炉上的2500个传感器实时收集数据，并将数据分析和AI嵌入系统，减少了锅炉的燃烧调节时间，降低了运营成本和维护成本，减少了排放。
02
风力涡轮机数字孪生案例
Tecnalia开发了一种风力涡轮机的数字孪生系统，可以诊断资产的健康状况；预测故障并估计剩余使用寿命；且可重新设计资产或控制系统，以优化其操作或延长其使用寿命。
03
数字孪生在钢铁行业的应用
作为数字孪生技术的早期采用者，钢铁有机会引领所有重工业，以提高可持续性和竞争力。这套系统可以为用户提供一种全新的、身临其境的方式来可视化、计划、培训和激励钢铁加工和整个钢铁厂。借助这个数字孪生，用户能够获取实时数据并打破数据孤岛。
04
西门子和NVIDIA联合，打造工业元宇宙
西门子与NVIDIA的强强联合将拓展数字孪生的应用的边界，使设计、生产和运营效率提升至新的水平，不同地区的团队可以通过远程沉浸在数字孪生模型中讨论并解决问题。
05
未来智能施工
06
虚拟新加坡孪生城市案例
通过数字孪生城市「虚拟新加坡」来分析光和温度的变化，以发掘太阳能的潜力；了解「虚拟新加坡」如何整合和显示建筑物的语义信息和地理定位信息。同时，可以直观三维可视化的查看城市建筑的详细信息，如地理坐标，店铺详情，建筑高度等等。
07
数字孪生在船舶行业的应用
通过数字孪生技术，模拟船只在极端气候下安全高效地运行。船上测量包括遇到波浪的信息、船体张力和船舶在波浪中的运动等。有助于提高海上运输的整体安全水平。根据数字孪生获得的精确载荷进行船舶设计和管理，可以解决温室气体的节能再循环和船舶寿命等问题。
08
数字孪生在能源管理领域应用
通过使用数字孪生技术来实现“脱碳”目标。在数字孪生环境下，改进可得到验证，新方法可以被应用，对运行过程的干扰可以有效避免，孪生模型的使用可以实现零风险下创新的飞跃。
09
数字孪生能力综述
万物皆可孪生，通过介绍数字孪生的各种能力，各种应用综合。如通过数字孪生可以在MR中体验、可互相协作、可结合AI学习预测和行动等等，以此节省金钱和时间、减少碳排放、保护自然资源、提高安全性、拉近彼此的距离。
本文由e-works数字化企业总编、CEO黄培博士原创。
