<s>数字_n 孪生_b 技术_n 综述_vn 与_c 展望_vn</s>
<s>刘大同_nr 郭凯_nr 王本宽_nr 彭宇_nr</s>
<s>哈尔滨_ns 工业_n 大学_n 自动化_vn 测试_vn 与_c 控制_vn 系_n</s>
<s>仪器_n 仪表_n 学报_n 2018_m (_w 11_m )_w</s>

<s>摘要_n ：_w 随着_p 复杂_a 系统_n 诊断_vn 、_w 预测_vn 和_c 系统_n 健康_an 管理_vn 技术_n 的_u 不断_d 发展_v ,_w 在_p 新兴_b 的_u 工业_n 信息_n 系统_n 和_c 工业_n 智能_n 的_u 推动_vn 下_f ,_w 数字_n 孪生_b 技术_n 成为_v 智能_n 制造_vn 领域_n 和_c 复杂_a 系统_n 智能_n 运行_vn 和_c 维护_vn 领域_n 的_u 新兴_b 研究_vn 热点_n 。_w</s><s>鉴于_p 此_r ,_w 针对_p 数字_n 孪生_b 技术_n 在_p 复杂_a 工业_n 系统_n 和_c 复杂_a 装备_n 领域_n 的_u 基本_a 概念_n 、_w 应用_vn 前景_n 、_w 技术_n 内涵_n 以及_c 发展_vn 趋势_n 、_w 已_d 有_v 初步_b 研究_vn 规划_n 和_c 阶段性_n 成果_n 等_u 进行_v 梳理_vn ,_w 归纳_v 面向_v 复杂_a 工业_n 系统_n 和_c 复杂_a 装备_n 的_u 智能_n 运行_vn 和_c 维护_vn 领域_n 的_u 数字_n 孪生_b 技术_n 体系_n 、_w 关键_a 技术_n 、_w 发展_vn 趋势_n 和_c 技术_n 挑战_vn 等_u ,_w 分析_v 数字_n 孪生_b 与其_c 支撑_v 的_u 工业_n 大数据_n 、_w 云计算_n 、_w 人工_b 智能_n 、_w 虚拟_vn 现实_n 等_u 的_u 相互_d 支撑_v 和_c 相互_d 促进_v 的_u 关系_n ,_w 预期_v 能够_v 给_v 复杂_a 系统_n 诊断_vn 、_w 预测_vn 和_c 系统_n 健康_an 管理_vn 领域_n 对_p 数字_n 孪生_b 技术_n 感_Vg 兴趣_n 研究_vn 人员_n 提供_v 一定_b 的_u 参考_vn 和_c 借鉴_vn 。_w</s>
<s>基金_n ：_w 国家_n 自然_l 科学_l 基金_n (_w 61771157_m ,_w 61571160_m )_w 项目_n 资助_v</s>
<s>关键_n 词_n ：_w 数字_n 孪生_b ;_w 复杂_a 工业_n 系统_n ;_w 工业_n 智能_n ;_w 故障_n 诊断_vn ;_w 故障_n 预测_vn 和_c 健康_an 管理_vn</s>
<s>作者_n 简介_n ：_w *_w 刘大同_nr (_w 通信_vn 作者_n )_w ,_w 分别_d 在_p 2003_m 年_q 、_w 2005_m 年_q 和_c 2010_m 年_q 于_p 哈尔滨_ns 工业_n 大学_n 获得_v 学士_n 学位_n 、_w 硕士_n 学位_n 和_c 博士_n 学位_n ,_w 现_Tg 为_v 哈尔滨_ns 工业_n 大学_n 副教授_n 、_w 博士生_n 导师_n ,_w 主要_b 研究_vn 方向_n 为_v 自动_d 测试_v 技术_n 、_w 系统_n 状态_n 监测_vn 、_w 工业_n 大数据_n 、_w 数据_n 驱动_vn 的_u 故障_n 预测_vn 和_c 健康_an 管理_vn 、_w 锂_Ng 离子_n 电池_n 管理_vn 等_u 。_w</s><s>E-mail_nx :_w liudatong@hit.edu.cn_nx ;_w</s>
<s>收稿_vn 日期_n ：_w 2018-08_m</s>

<s>0_m 引 言_n</s>
<s>随着_p 工业_n 技术_n 以及_c 新_a 一_m 代_q 信息_n 技术_n 的_u 迅速_a 发展_vn ,_w 航空_n 航天_n 、_w 工业_n 制造_vn 等_u 各_r 领域_n 的_u 装备_n 日趋_d 复杂_a ,_w 如_v 无人_b 机_n 、_w 卫星_n 、_w 工业_n 机器人_n 、_w 风力_n 发电机_n 等_u 典型_a 复杂_a 装备_n 的_u 集成化_vn 、_w 智能化_vn 程度_n 不断_d 提高_v 。_w</s><s>伴随_v 着_u 复杂_a 装备_n 的_u 发展_vn ,_w 其_r 设计_vn 、_w 研制_vn 、_w 测试_v 、_w 运行_vn 、_w 维护_v 等_u 全_a 寿命_n 周期_n 成本_n 大幅度_d 增加_v 。_w</s><s>同时_c ,_w 装备_n 的_u 复杂性_n 大大_d 增加_v 了_u 故障_n 、_w 性能_n 退化_vn 以及_c 功能_n 失效_v 发生_v 的_u 几率_n ,_w 因此_c ,_w 复杂_a 装备_n 的_u 状态_n 评估_vn 与_c 预测_vn 逐渐_d 成为_v 研究_v 的_u 焦点_n 。_w</s><s>针对_p 复杂_a 装备_n 运行_v 的_u 可靠性_n 、_w 经济性_n 等_u 问题_n ,_w 故障_n 预测_vn 和_c 健康_an 管理_vn (_w prognostics_nx and_c health_n management_n ,_w PHM_nx )_w 获得_v 越来越_d 多_a 的_u 关注_vn ,_w 并_c 逐渐_d 发展_v 为_v 复杂_a 装备_n 自主_vn 式_k 后勤_n 保障_vn 的_u 重要_a 技术_n 基础_n [_w 1_m ]_w 。_w</s><s>针对_p 在线_v 运行_v 的_u 状态_n 监测_vn 、_w 异常_a 检测_vn 、_w 故障_n 诊断_vn 、_w 退化_vn 和_c 寿命_n 预测_vn 、_w 系统_n 健康_an 管理_vn 等_u 成为_v 当下_t 的_u 研究_vn 热点_n 方向_n 和_c 领域_n [_w 2_m -_w 4_m ]_w 。_w</s>
<s>由于_c 传感_n 技术_n 与_c 物联网_n 技术_n 的_u 发展_vn ,_w 以及_c 复杂_a 装备_n 运行_vn 环境_n 的_u 动态_n 变化_vn ,_w 装备_n 监测_vn 数据量_n 倍增_v ,_w 并_c 呈现_v 高速_b 、_w 多_a 源_Ng 异_b 构_Ng 、_w 易_ad 变_v 等_u 典型_a 工业_n 大数据_n 特点_n [_w 5_m -_w 7_m ]_w 。_w</s><s>然而_c ,_w 当前_t PHM_nx 相关_vn 体系_n 及_c 关键_a 技术_n 研究_vn 主要_d 由_p 装备_n 在_p 已知_vn 理想_a 运行_vn 状态_n 下_f 的_u 监测_vn 数据_n 所_u 驱动_v [_w 8_m ]_w ,_w 难以_d 满足_v 复杂_a 装备_n 在_p 动态_n 多变_z 运行_vn 环境_n 下_f 实时_n 状态_n 评估_vn 与_c 预测_vn 的_u 精度_n 及_c 适应性_n 需求_n 。_w</s>
<s>数字_n 孪生_b 技术_n 的_u 出现_vn 以及_c 迅速_a 发展_vn 为_p 解决_v 上述_b 问题_n 提供_v 了_u 新_a 的_u 思路_n 。_w</s><s>数字_n 孪生_b 的_u 概念_n 模型_n 最_d 早_a 出现_v 于_p 2003_m 年_t ,_w 由_p Grieves_nr M_nx ._w W_nx ._w 教授_n 在_p 美国_ns 密歇根_ns 大学_n 的_u 产品_n 全_a 生命_n 周期_n 管理_vn (_w product_n lifecycle_n management_n ,_w PLM_nx )_w 课程_n 上_f 提出_v ,_w 当时_t 被_p 称作_v “_w 镜像_n 空间_n 模型_n ”_w [_w 9_m ]_w ,_w 后_f 在_p 文献_n [_w 10_m ]_w 中_f 被_p 定义_v 为_v “_w 信息_n 镜像_n 模型_n ”_w 和_c “_w 数字_n 孪生_b ”_w 。_w</s><s>2010_m 年_q ,_w 美国_ns 国家_n 航空_n 航天局_n (_w NASA_nx )_w 在_p 太空_s 技术_n 路线图_n [_w 11_m ]_w 中_f 首次_d 引入_v 数字_n 孪生_b 概念_n ,_w 意_Ng 于_p 采用_v 数字_n 孪生_b 实现_v 飞行_vn 系统_n 的_u 全面_a 诊断_vn 和_c 预测_vn 功能_n ,_w 以_c 保障_v 在_p 整个_b 系统_n 使用_vn 寿命_n 期间_f 实现_v 持续_v 安全_a 地_u 操作_v 。_w</s><s>之后_f ,_w NASA_nz 和_c 美国_ns 空军_n 联合_v 提出_v 面向_v 未来_t 飞行器_n 的_u 数字_n 孪生_b 范例_n ,_w 并_c 将_p 数字_n 孪生_b 定义_v 为_v 一_m 个_q 集成_v 了_u 多_a 物理_n 场_Ng 、_w 多_a 尺度_n 、_w 概率_n 性_n 的_u 仿真_vn 过程_n ,_w 基于_p 飞行器_n 的_u 可_a 用_p 高_a 保真_vn 物理_n 模型_n 、_w 历史_n 数据_n 以及_c 传感器_n 实时_n 更新_vn 数据_n ,_w 构建_v 其_r 完整_ad 映射_v 的_u 虚拟_vn 模型_n ,_w 以_c 刻画_v 和_c 反映_v 物理_n 系统_n 的_u 全_a 生命_n 周期_n 过程_n ,_w 实现_v 飞行器_n 健康_a 状态_n 、_w 剩余_vn 使用_vn 寿命_n 以及_c 任务_n 可达_v 性_k 的_u 预测_vn 。_w</s><s>同时_c ,_w 可_v 预测_v 系统_n 对_p 危及_v 安全_a 事件_n 的_u 响应_vn ,_w 通过_p 比较_v 预测_vn 结果_n 与_c 真实_a 响应_vn ,_w 及时_ad 发现_v 未知_vn 问题_n ,_w 进而_c 激活_v 自_r 修复_v 机制_n 或_c 任务_n 重_a 规划_n ,_w 以_c 减缓_v 系统_n 损伤_vn 和_c 退化_vn [_w 12_m ]_w 。_w</s><s>美国_ns 空军_n 研究_vn 实验室_n (_w AFRL_nx )_w 于_p 2011_m 年_q 引入_v 将_p 数字_n 孪生_b 技术_n 用于_v 飞机_n 结构_n 寿命_n 预测_vn 的_u 概念_n 模型_n [_w 13_m ]_w ,_w 并_c 逐渐_d 扩展_v 至_v 机身_n 状态_n 评估_vn 研究_vn 中_f ,_w 通过_p 建立_v 包含_v 材料_n 、_w 制造_vn 规格_n 、_w 控制_vn 、_w 建造_vn 过程_n 和_c 维护_vn 等_u 信息_n 的_u 机身_n 超_v 现实_n 、_w 全_a 寿命_n 周期_n 计算机_n 模型_n ,_w 并_c 结合_v 历史_n 飞行_vn 监测_vn 数据_n 进行_v 虚拟_vn 飞行_vn ,_w 以_p 评估_v 允许_v 的_u 最_d 大_a 负载_n ,_w 确保_v 适航性_n 和_c 安全性_n ,_w 进而_c 减轻_v 全_a 寿命_n 周期_n 维护_vn 负担_n ,_w 增加_v 飞机_n 可用性_n 。_w</s><s>AFRL_nx 同时_d 给出_v 了_u 实现_v 机身_n 数字_n 孪生_b 中_f 存在_v 的_u 主要_b 技术_n 挑战_vn [_w 14_m -_w 15_m ]_w 。_w</s><s>在_p 上述_b 数字_n 孪生_b 概念_n 和_c 框架_n 基础_n 之上_f ,_w 国外_s 部分_m 研究_vn 机构_n 开展_v 了_u 相关_vn 关键_a 技术_n 探索_vn ,_w 如_v 范德堡_nz 大学_n 构建_v 了_u 面向_v 机翼_n 健康_an 监测_v 数字_n 孪生_b 的_u 动态_n 贝叶斯_n 网络_n ,_w 以_c 预测_v 裂纹_n 增长_vn 的_u 概率_n [_w 16_m ]_w 。_w</s>
<s>由于_c GE_nx 、_w 西门子_nz 等_u 公司_n 的_u 推广_vn ,_w 数字_n 孪生_b 技术_n 近年_t 来_f 在_p 工业_n 制造_vn 领域_n 同样_d 发展_v 迅速_a 。_w</s><s>世界_n 著名_a 咨询_vn 公司_n Gartner_nx 连续_a 两_m 年_q (_w 2017年_t 和_c 2018年_t )_w 将_p 数字_n 孪生_b 列为_v 十_m 大_a 战略性_n 科技_n 趋势_n 之一_r [_w 17-18_m ]_w 。_w</s><s>GE_nx 基于_p Predix_nx 平台_n 构建_v 资产_n 、_w 系统_n 、_w 集群_n 级_n 的_u 数字_n 孪生_b ,_w 生产商_n 和_c 运营商_n 可以_v 分别_d 利用_v 数字_n 孪生_b 来_v 表征_v 资产_n 的_u 全_a 寿命_n 周期_n ,_w 以便_d 更_d 好_a 地_u 了解_v 、_w 预测_v 和_c 优化_v 每_r 个_q 资产_n 的_u 性能_n [_w 19_m ]_w 。_w</s><s>西门子_nz 公司_n 提出_v 了_u “_w 数字化_vn 双胞胎_n ”_w 的_u 概念_n ,_w 致力于_v 帮助_v 制造_vn 企业_n 在_p 信息_n 空间_n 构建_v 整合_vn 制造_vn 流程_n 的_u 生产_vn 系统_n 模型_n ,_w 实现_v 物理_n 空间_n 从_p 产品_n 设计_vn 到_p 制造_vn 执行_vn 的_u 全_a 过程_n 数字化_vn [_w 20_m ]_w 。_w</s><s>ANSYS_nx 公司_n 提出_v 通过_p 利用_v ANSYSY_nx Twin_nx Builder_nx 创建_v 数字_n 孪生_b 并_c 可_v 快速_d 连接_v 至_v 工业_n 物联网_n (_w industrial_nx internet_nx of_nx things_nx ,_w IIoT_nx )_w 平台_n ,_w 帮助_v 用户_n 进行_v 故障_n 诊断_vn ,_w 确定_v 理想_a 的_u 维护_vn 计划_n ,_w 降低_v 由于_c 非_b 计划_n 停机_v 带来_v 的_u 成本_n ,_w 优化_v 每_r 项_q 资产_n 的_u 性能_n ,_w 并_c 生成_v 有效_a 数据_n 以_c 改进_v 其_r 下_f 一_m 代_q 产品_n [_w 21_m ]_w 。_w</s>
<s>近年_t 针对_p 数字_n 孪生_b 技术_n 相关_vn 研究_vn 包括_v :_w 文献_n [_w 22_m ]_w 总结_v 了_u 智能_n 制造_vn 中_f 产品_n 数字_n 孪生_b 体_n 的_u 基本_a 内涵_n ,_w 提出_v 了_u 产品_n 数字_n 孪生_b 体_n 的_u 体系_n 结构_n ,_w 并_c 阐述_v 了_u 产品_n 数字_n 孪生_b 体_n 在_p 产品_n 设计_vn 阶段_n 、_w 制造_vn 阶段_n 和_c 服务_vn 阶段_n 的_u 实施_vn 途径_n ;_w 文献_n [_w 23_m ]_w 从_p 物理_n 融合_vn 、_w 模型_n 融合_vn 、_w 数据_n 融合_vn 和_c 服务_vn 融合_v 4_m 个_q 维度_n ,_w 充分_ad 分析_v 了_u 实现_v 数字_n 孪生_b 车间_n 信息_n 物理_n 融合_v 的_u 基础_l 理论_l 与_c 关键_a 技术_n ;_w 文献_n [_w 24_m ]_w 总结_v 了_u 数字_n 孪生_b 驱动_v 的_u 6_m 条_q 应用_vn 准则_n ,_w 涉及_v 了_u 数字_n 孪生_b 驱动_v 的_u 14_m 类_q 应用_vn 设想_vn 与_c 实施_vn 过程_n 中_f 所_u 需_v 突破_v 的_u 关键_a 问题_n 与_c 技术_n ;_w 文献_n [_w 25_m ]_w 阐述_v 了_u 数字_n 孪生_b 在_p 航空_n 航天_n 领域_n 、_w 工业_n 4.0_m 和_c 智能_n 制造_vn 领域_n 中_f 的_u 定义_n ,_w 并_c 总结_v 了_u 基于_p CPS_nx 的_u 工业_n 系统_n 中_f 数字_n 孪生_b 技术_n 所_u 承担_v 的_u 角色_n ,_w 为_p 智能_n 制造_vn 领域_n 的_u 研究_vn 人员_n 提供_v 了_u 重要_a 参考_vn 。_w</s>
<s>虽然_c 各_r 大_a 研究_vn 机构_n 及_c 相关_vn 企业_n 都_d 推出_v 了_u 各自_r 的_u 数字_n 孪生_b 理念_n ,_w 但_c 实例_v 化_v 的_u 应用_vn 尚_d 未_d 获得_v 实现_vn ,_w 且_c 对_p 复杂_a 装备_n 数字_n 孪生_b 的_u 定义_n 以及_c 关键_a 技术_n 尚_d 不_d 明确_a ,_w 尤其_d 是_v 在_p 复杂_a 装备_n 状态_n 评估_vn 与_c 预测_vn 领域_n ,_w 缺乏_v 相应_v 的_u 体系_n 支撑_vn 和_c 关键_a 技术_n 引导_vn 。_w</s><s>鉴于_p 此_r ,_w 本_r 文_Ng 在_p 原有_v 复杂_a 装备_n 和_c 系统_n 的_u 诊断_vn 、_w 预测_vn 和_c 健康_an 管理_vn 体系_n 基础_n 上_f ,_w 系统_n 分析_v 其_r 与_p 数字_n 孪生_b 技术_n 之间_f 的_u 关联_vn 和_c 异同_n ,_w 重点_d 分析_v 面向_v 复杂_a 系统_n 运行_vn 状态_n 评估_vn 和_c 预测_v 的_u 数字_n 孪生_b 技术_n 的_u 内涵_n 、_w 关键_a 技术_n ,_w 并_c 展望_v 其_r 未来_t 的_u 发展_vn 趋势_n 和_c 方向_n 。_w</s>
<s>1_m 数字_n 孪生_b 定义_n 及_c 内涵_n</s>
<s>1_m ._w 1_m 数字_n 孪生_b 的_u 定义_n</s>
<s>数字_n 孪生_b 指_v 在_p 信息化_vn 平台_n 内_f 建立_v 、_w 模拟_v 一_m 个_q 物理_n 实体_n 、_w 流程_n 或者_c 系统_n 。_w</s><s>借助于_v 数字_n 孪生_b ,_w 可以_v 在_p 信息化_vn 平台_n 上_f 了解_v 物理_n 实体_n 的_u 状态_n ,_w 并_c 对_p 物理_n 实体_n 里面_f 预_d 定义_v 的_u 接口_vn 元件_n 进行_v 控制_vn 。_w</s><s>数字_n 孪生_b 是_v 物联网_n 里面_f 的_u 一_m 个_q 概念_n ,_w 通过_p 集成_v 物理_n 反馈_vn 数据_n ,_w 辅以_v 人工_b 智能_n 、_w 机器_n 学习_vn 和_c 软件_n 分析_vn ,_w 在_p 信息化_vn 平台_n 内_f 建立_v 一_m 个_q 数字化_vn 模拟_vn 。_w</s><s>这个_r 模拟_vn 会_v 根据_p 反馈_v ,_w 随着_p 物理_n 实体_n 的_u 变化_vn 而_c 自动_d 做出_v 相应_v 的_u 变化_vn 。_w</s><s>理想_a 状态_n 下_f ,_w 数字_n 孪生_b 可以_v 根据_p 多_m 重_b 的_u 反馈_vn 源_Ng 数据_n 进行_v 自我_r 学习_vn ,_w 几乎_d 实时_d 地_u 在_p 数字_n 世界_n 里_f 呈现_v 物理_n 实体_n 的_u 真实_a 状况_n 。_w</s><s>数字_n 孪生_b 的_u 反馈_vn 源_Ng 主要_d 依赖_v 于_p 各_r 种_q 传感器_n ,_w 如_v 压力_n 、_w 角度_n 、_w 速度_n 传感器_n 等_u 。_w</s><s>数字_n 孪生_b 的_u 自我_r 学习_vn (_w 或_c 称_v 机器_n 学习_vn )_w 除了_p 可以_v 依赖_v 于_p 传感器_n 的_u 反馈_vn 信息_n ,_w 也_d 可以_v 是_v 通过_p 历史_n 数据_n ,_w 或者是_c 集成_vn 网络_n 的_u 数据_n 学习_vn 。_w</s><s>后者_r 常_d 指_v 多_a 个_q 同_v 批次_n 的_u 物理_n 实体_n 同时_d 进行_v 不同_a 的_u 操作_vn ,_w 并_c 将_p 数据_n 反馈_v 到_v 同_v 一_m 个_q 信息化_vn 平台_n ,_w 数字_n 孪生_b 根据_p 海量_n 的_u 信息_n 反馈_vn ,_w 进行_v 迅速_a 的_u 深度_n 学习_vn 和_c 精确_a 模拟_vn [_w 26_m ]_w 。_w</s>
<s>1.2_m 数字_n 孪生_b 的_u 内涵_n</s>
<s>数字_n 孪生_b 的_u 概念_n 最_d 早_a 提出_v 是_v 用来_v 描述_v 产品_n 的_u 生产_vn 制造_vn 和_c 实时_n 虚拟_vn 化_vn 呈现_vn ,_w 但_c 受_v 限于_v 当时_t 的_u 技术_n 水平_n ,_w 该_r 理念_n 没有_d 获得_v 足够_v 的_u 重视_vn 。_w</s><s>随着_p 传感_n 技术_n 、_w 软硬件_j 技术_n 水平_n 的_u 提高_vn 和_c 计算机_n 运算_vn 性能_n 的_u 提升_vn ,_w 数字_n 孪生_b 的_u 理念_n 得到_v 了_u 进一步_b 发展_vn ,_w 尤其_d 是_v 在_p 产品_n 、_w 装备_n 的_u 实时_n 运行_vn 监测_vn 方面_n 。_w</s>
<s>从_p 产品_n 全_a 寿命_n 周期_n 的_u 角度_n 来_v 看_v ,_w 数字_n 孪生_b 技术_n 可以_v 在_p 产品_n 的_u 设计_vn 研发_vn 、_w 生产_vn 制造_vn 、_w 运行_vn 状态_n 监测_vn 和_c 维护_vn 、_w 后勤_n 保障_vn 等_u 产品_n 的_u 各_r 个_q 阶段_n 对_p 产品_n 提供_v 支撑_vn 和_c 指导_vn 。_w</s><s>在_p 产品_n 设计_vn 阶段_n ,_w 数字_n 孪生_b 技术_n 可以_v 将_p 全_a 寿命_n 周期_n 的_u 产品_n 健康_a 管理_vn 数据_n 的_u 分析_vn 结果_n 反馈_v 给_v 产品_n 设计_vn 专家_n ,_w 帮助_v 其_r 判断_v 和_c 决策_v 不同_a 参数_n 设计_vn 情况_n 下_f 的_u 产品_n 性能_n 情况_n ,_w 使_v 产品_n 在_p 设计_vn 阶段_n 就_d 综合_vd 考虑_v 了_u 后续_v 整个_b 寿命_n 周期_n 的_u 发展_vn 变化_vn 情况_n ,_w 获得_v 更加_d 完善_a 的_u 设计_vn 方案_n 。_w</s><s>在_p 产品_n 生产_vn 制造_vn 阶段_n ,_w 数字_n 孪生_b 技术_n 可以_v 通过_p 虚拟_v 映射_v 的_u 方式_n 将_p 产品_n 内部_f 不_d 可测_v 的_u 状态_n 变量_n 进行_v 虚拟_vn 构建_vn ,_w 细致_a 地_u 刻画_v 产品_n 的_u 制造_vn 过程_n ,_w 解决_v 产品_n 制造_vn 过程_n 中_f 存在_v 的_u 问题_n ,_w 降低_v 产品_n 制造_vn 的_u 难度_n ,_w 提高_v 产品_n 生产_vn 的_u 可靠性_n 。_w</s><s>产品_n 运行_vn 过程_n 中_f ,_w 数字_n 孪生_b 技术_n 可以_v 全面_a 地_u 对_p 产品_n 的_u 各_r 个_q 运行_vn 参数_n 和_c 指标_n 进行_v 监测_vn 和_c 评估_vn ,_w 对_p 系统_n 的_u 早期_t 故障_n 和_c 部件_n 性能_n 退化_vn 信息_n 进行_v 丰富_a 地_u 反馈_vn ,_w 指导_v 产品_n 的_u 维护_vn 工作_vn 和_c 故障_n 预防_vn 工作_vn ,_w 使_v 产品_n 能够_v 获得_v 更_d 长_a 的_u 寿命_n 周期_n 。_w</s><s>后勤_n 保障_vn 过程_n 中_f ,_w 由于_c 有_v 多_a 批次_n 全_a 寿命_n 周期_n 的_u 数据_n 作_v 支撑_vn ,_w 并_c 通过_p 虚拟_v 传感_b 的_u 方式_n 能够_v 采集_v 到_v 反映_v 系统_n 内部_f 状态_n 的_u 变量_n 数据_n ,_w 产品_n 故障_n 能够_v 被_p 精确_ad 定位_vd 分析_v 和_c 诊断_v ,_w 使_v 产品_n 的_u 后勤_n 保障_vn 工作_vn 更加_d 简单_a 有效_a 。_w</s><s>通过_p 将_p 数字_n 孪生_b 技术_n 应用_v 到_v 产品_n 的_u 整个_b 生命_n 周期_n ,_w 产品_n 从_p 设计_vn 阶段_n 到_p 最后_f 的_u 维修_vn 阶段_n 都_d 将_d 变_v 得_u 更加_d 智能_a 有效_a 。_w</s>
<s>以_p 卫星_n 的_u 监测_vn 、_w 优化_vn 、_w 管理_vn 和_c 控制_vn 为_v 例_n ,_w 如_v 图_n 1_m 所_u 示_v ,_w 基于_p 遥感_n 数据_n 深度_n 融合_v 技术_n 和_c 系统_n 动态_n 实时_n 建_v 模_Ng 和_c 评估_vn 技术_n ,_w 能够_v 通过_p 卫星_n 近_v 实时_n 遥测_vn 数据_n 在_p 地面站_n 构建_v 卫星_n 的_u 数字_n 孪生_b 体_n ,_w 实时_n 反映_v 卫星_n 的_u 健康_a 状态_n 并_c 预估_v 卫星_n 各_r 系统_n 、_w 各_r 部件_n 的_u 使用_vn 寿命_n ,_w 在_p 丰富_a 的_u 传感_n 信息_n 和_c 基于_p 数学_n 模型_n 的_u 感知_vn 信息_n 增强_v 的_u 基础_n 上_f ,_w 对_p 卫星_n 状态_n 进行_v 全面_a 深入_a 的_u 分析_vn 和_c 计算_vn ,_w 呈现_v 给_v 使用者_n 全面_a 而_c 又_d 细致_a 入微_l 的_u 卫星_n 状态_n 监测_vn 接口_n ,_w 使_v 使用者_n 对_p 卫星_n 当前_t 的_u 健康_a 状态_n 具有_v 深刻_a 细致_a 的_u 理解_vn ,_w 同时_c 还_d 可以_v 优化_v 卫星_n 的_u 调度_vn 管理_vn 和_c 控制_vn ,_w 实现_v 卫星_n 使用_vn 寿命_n 的_u 延长_vn 。_w</s><s>该_r 实例_n 是_v 对_p 数字_n 孪生_b 技术_n 在_p 产品_n 运行_vn 状态_n 监测_vn 和_c 维护_vn 阶段_n 的_u 一_m 个_q 实例_n 化_vn 应用_vn ,_w 卫星_n 实体_n 和_c 卫星_n 虚拟_vn 映像_vn 之间_f 的_u 精确_a 匹配_vn 是_v 整个_b 技术_n 体系_n 的_u 核心_n 。_w</s>
<s>数字_n 孪生_b 的_u 实现_vn 主要_d 依赖_v 于_p 以下_f 几_m 方面_n 技术_n 的_u 支撑_vn :_w 高_a 性能_n 计算_vn 、_w 先进_a 传感_n 采集_vn 、_w 数字_n 仿真_vn 、_w 智能_n 数据_n 分析_vn 、_w VR_nx 呈现_vn ,_w 实现_v 对_p 目标_n 物理_n 实体_n 对象_n 的_u 超_b 现实_n 镜像_n 呈现_vn 。_w</s><s>通过_p 构造_v 数字_n 孪生_b 体_n ,_w 不仅_c 可以_v 对_p 目标_n 实体_n 的_u 健康_a 状态_n 进行_v 完美_a 细致_a 的_u 刻画_vn ,_w 还_d 可以_v 通过_p 数据_n 和_c 物理_n 的_u 融合_vn 实现_v 深_a 层次_n 、_w 多_a 尺度_n 、_w 概率_n 性_Ng 的_u 动态_n 状态_n 评估_vn 、_w 寿命_n 预测_vn 以及_c 任务_n 完成_vn 率_k 分析_vn 。_w</s><s>数字_n 孪生_b 体_Ng 以_p 虚拟_v 的_u 形式_n 存在_v ,_w 不仅_c 能够_v 高度_d 真实_a 地_u 反映_v 实体_n 对象_n 的_u 特征_n 、_w 行为_n 过程_n 和_c 性能_n ,_w 如_v 装备_n 的_u 生产_vn 制造_vn 、_w 运行_vn 及_c 维修_vn 等_u ,_w 还_d 能够_v 以_p 超_v 现实_n 的_u 形式_n 实现_v 实时_n 的_u 监测_vn 评估_vn 和_c 健康_a 管理_vn 。_w</s>
<s>图_n 1_m 数字_n 孪生_b 技术_n 卫星_n 应用_vn 实例_n</s>
<s>Fig_nx ._u 1_m Case_n study_n of_y digital_nx twin_nx technology_n in_p satellite_n application_nx</s>
<s>1.3_m 从_p 诊断_vn 、_w 预测_vn 和_c 系统_n 健康_an 管理_vn 到_p 数字_n 孪生_b</s>
<s>系统_n 故障_n 诊断_vn 、_w 预测_vn 和_c 健康_an 管理_vn 技术_n 是_v 复杂_a 装备_n 系统_n 后勤_n 保障_vn 和_c 维护_vn 的_u 重要_a 支撑_vn 和_c 基础_n ,_w 当前_t 的_u 系统_n 健康_an 管理_vn 技术_n 主要_d 依赖_v 于_p 系统_n 数学_n 模型_n 和_c 传感_n 数据_n ,_w 借助_v 智能_n 算法_n 对_p 目标_n 系统_n 进行_v 分析_vn 和_c 保障_vn ,_w 能够_v 提供_v 系统_n 监测_vn 、_w 系统_n 关键_a 部件_n 的_u 寿命_n 预测_vn 和_c 健康_an 管理_vn 功能_n [_w 27_m -_w 28_m ]_w 。_w</s><s>随着_p 高_a 精度_n 传感_vn 技术_n 、_w 多_a 领域_n 多_a 模型_n 融合_vn 技术_n 、_w 全_a 寿命_n 周期_n 数据_n 管理_vn 技术_n 以及_c 高_a 性能_n 计算_vn 技术_n 的_u 不断_d 发展_v ,_w 系统_n 故障_n 诊断_vn 、_w 预测_vn 和_c 健康_an 管理_vn 技术_n 的_u 发展_vn 前景_n 变_v 得_u 更加_d 广阔_a ,_w 这些_r 现代_t 技术_n 支撑_v 着_u 其_r 向着_p 功能_n 更_d 完备_a 、_w 计算_v 更_d 准确_a 、_w 分析_v 更_d 智能_n 的_u 方向_n 发展_v ,_w 整个_b 体系_n 开始_v 向着_p 数字_n 孪生_b 的_u 方向_n 进行_v 演变_vn [_w 29_m ]_w 。_w</s>
<s>作为_p 更_d 高_a 一_m 级_q 的_u 系统_n 保障_vn 和_c 健康_an 管理_vn 技术_n ,_w 数字_n 孪生_b 技术_n 在_p 集成_v 了_u 各_r 种_q 先进_a 技术_n 的_u 基础_n 上_f ,_w 将_d 辅助_v 保障_v 和_c 监测_v 复杂_a 装备_n 的_u 整个_b 寿命_n 周期_n 过程_n ,_w 包括_v 装备_n 的_u 设计_vn 、_w 生产_vn 、_w 使用_vn 、_w 维修_vn 等_u 各_r 个_q 子_n 过程_n ,_w 在_p 复杂_a 装备_n 运行_vn 使用_vn 过程_n 中_f 实现_v 快速_b 实时_n 状态_n 监测_vn 和_c 评估_vn ;_w 提供_v 针对_p 整个_b 系统_n 全_a 寿命_n 周期_n 内_f 的_u 可_a 用_a 性_n 评价_vn ,_w 并_c 在_p 此_r 基础_n 上_f 进一步_d 达成_v 系统_n 任务_n 规划_vn 、_w 推演_vn 和_c 决策_vn 功能_n ;_w 同时_c 在_p 指定_vn 环境_n 下_f 可以_v 支持_v 复杂_a 装备_n 集群_n 的_u 协同_vn 管理_vn 维护_vn 和_c 任务_n 实现_vn ,_w 降低_v 系统_n 维护_vn 成本_n 和_c 对_p 研究_vn 技术_n 人员_n 的_u 依赖_vn ;_w 最终_d 将_p 逆_Ng 推_v 至_v 整个_b 链条_n 的_u 起点_n ,_w 指导_v 复杂_a 系统_n 的_u 改进_vn 和_c 优化_vn 设计_vn ,_w 为_p 系统_n 设计_vn 提供_v 更_d 多_a 的_u 先验_n 知识_n ,_w 由于_c 在_p 设计_v 中_f 参考_v 了_u 整个_b 链条_n 中_f 系统_n 的_u 表现_vn 和_c 性能_n ,_w 使_v 设计_v 研发_v 的_u 系统_n 在_p 后续_vn 整个_b 生命_n 周期_n 中_f 具备_v 良好_a 的_u 性能_n 。_w</s><s>数字_n 孪生_b 将_d 不止_v 服务_v 于_p 系统_n 维护_vn 、_w 维修_vn 和_c 健康_an 状态_n 监测_vn ,_w 而_c 是_v 将_d 在_p 系统_n 整个_b 寿命_n 周期_n 内_f 对_p 系统_n 产生_v 全面_a 的_u 影响_vn ,_w 通过_p 虚拟_vn 现实_n 技术_n 提供_v 的_u 沉浸_vn 式_k 体验_vn ,_w 数字_n 孪生_b 技术_n 将_d 更_d 多_a 地_u 激发_v 使用者_n 的_u 灵感_n ,_w 从而_c 推动_v 整个_b 系统_n 体系_n 的_u 发展_vn [_w 30_m ]_w 。_w</s>
<s>2_m 数字_n 孪生_b 技术_n 体系_n</s>
<s>数字_n 孪生_b 技术_n 的_u 实现_vn 依赖_v 于_p 诸多_m 先进_a 技术_n 的_u 发展_vn 和_c 应用_vn ,_w 其_r 技术_n 体系_n 按照_p 从_p 基础_n 数据_n 采集_vn 层_n 到_p 顶层_f 应用_vn 层_n 依次_d 可以_v 分为_v 数据_n 保障_vn 层_n 、_w 建_v 模_n 计算_vn 层_n 、_w 数字_n 孪生_b 功能_n 层_n 和_c 沉浸_vn 式_k 体验_vn 层_n 4_m 层_q ,_w 每_r 一_m 层_q 的_u 实现_vn 都_d 建立_v 在_p 前面_f 各_r 层_q 的_u 基础_n 之上_f ,_w 是_v 对_p 前面_f 各_r 层_q 功能_n 的_u 进一步_b 丰富_vn 和_c 拓展_v [_w 31_m ]_w 。_w</s><s>数字_n 孪生_b 技术_n 体系_n 如_v 图_n 2_m 所_u 示_v 。_w</s>
<s>图_n 2_m 数字_n 孪生_b 技术_n 体系_n</s>
<s>Fig_nx ._u 2_m The_r framework_n of_u digital_nx twin_nx technology_n</s>
<s>数据_n 保障_vn 层_n 是_v 整个_b 数字_n 孪生_b 技术_n 体系_n 的_u 基础_n ,_w 支撑_v 着_u 整个_b 上层_f 体系_n 的_u 运作_vn ,_w 其_r 主要_d 由_p 高_a 性能_n 传感器_n 数据_n 采集_vn 、_w 高速_b 数据_n 传输_vn 和_c 全_a 寿命_n 周期_n 数据_n 管理_vn 3_m 个_q 部分_n 构成_n [_w 32_m ]_w 。_w</s><s>先进_a 传感器_n 技术_n 及_c 分布式_b 传感_vn 技术_n 使_v 整个_b 数字_n 孪生_b 体系_n 能够_v 获得_v 更加_d 准确_a 、_w 充分_a 的_u 数据_n 源_k 支撑_v ,_w 数据_n 是_v 整个_b 数字_n 孪生_b 体系_n 的_u 基础_n ,_w 海量_m 复杂_a 系统_n 运行_vn 数据_n 包含_v 用于_v 提取_v 和_c 构建_v 系统_n 特征_n 的_u 最_d 重要_a 信息_n ,_w 相比_v 于_p 专家_n 经验_n 知识_n 和_c 系统_n ,_w 系统_n 实时_n 传感_v 信息_n 更_d 准确_a 、_w 更_d 能_v 反映_v 系统_n 的_u 实时_n 物理_n 特性_n ,_w 对_p 多_a 运行_vn 阶段_n 系统_n 更_d 具_Vg 适用性_n 。_w</s><s>作为_p 整个_b 体系_n 的_u 最_d 前沿_s 部分_n ,_w 其_r 重要性_n 毋庸置疑_l 。_w</s><s>高_a 带宽_n 光纤_n 技术_n 的_u 采用_vn 使得_v 海量_n 传感器_n 数据_n 的_u 传输_vn 不_d 再_d 受_v 带宽_n 的_u 限制_vn ,_w 由于_c 复杂_a 工业_n 系统_n 的_u 数据_n 采集_vn 量_n 庞大_a ,_w 带宽_n 的_u 扩大_vn 缩小_v 了_u 系统_n 传输_v 数据_n 的_u 时间_n ,_w 降低_v 了_u 系统_n 延时_vn ,_w 保障_v 了_u 系统_n 实时_n 性_n ,_w 提高_v 了_u 数字_n 孪生_b 系统_n 的_u 实时_n 跟随_vn 性能_n 。_w</s><s>分布式_b 云_n 服务器_n 存储_vn 技术_n 的_u 发展_vn 为_p 全_a 寿命_n 周期_n 数据_n 的_u 存储_vn 和_c 管理_vn 提供_v 了_u 平台_n 保障_vn ,_w 高_a 效率_n 存储_vn 结构_n 和_c 数据_n 检索_vn 结构_n 为_p 海量_n 历史_n 运行_vn 数据_n 存储_vn 和_c 快速_b 提取_vn 提供_v 了_u 重要_a 保障_vn ,_w 为_p 基于_p 云_n 存储_vn 和_c 云计算_n 的_u 系统_n 体系_n 提供_v 了_u 历史_n 数据_n 基础_n ,_w 使_v 大数据_n 分析_vn 和_c 计算_vn 的_u 数据_n 查询_vn 和_c 检索_vn 阶段_n 能够_v 快速_d 可靠_ad 完成_v 。_w</s>
<s>建_v 模_n 计算_vn 层_n 在_p 获得_v 数据_n 保障_vn 层_n 提供_v 的_u 数据_n 后_f 利用_v 数据_n 驱动_vn 方法_n 和_c 基于_p 数学_n 模型_n 的_u 方法_n 对_p 系统_n 进行_v 多_a 物理_n 、_w 多_a 尺度_n 层面_n 的_u 建_vn 模_Ng ,_w 使_v 所_u 建立_v 的_u 模型_n 与_p 实际_a 系统_n 准备_v 匹配_v 、_w 实时_n 同步_v ,_w 并_c 能_v 预测_v 系统_n 未来_t 状态_n 和_c 寿命_n ,_w 依据_p 其_r 当前_t 和_c 未来_t 健康_an 状态_n 评估_v 其_r 执行_v 任务_n 成功_a 的_u 可能性_n [_w 33_m ]_w 。_w</s><s>建_v 模_vn 计算_vn 层_n 主要_d 由_p 建_v 模_Ng 算法_n 和_c 一体化_vn 计算_vn 平台_n 两_m 部分_n 构成_v ,_w 智能_n 算法_n 部分_n 充分_ad 利用_v 机器_n 学习_vn 和_c 人工_b 智能_n 领域_n 的_u 技术_n 方法_n 实现_v 系统_n 数据_n 的_u 深度_n 特征_n 提取_vn 和_c 建_vn 模_Ng ,_w 通过_p 采用_v 多_a 尺度_n 多_a 模型_n 的_u 方法_n 对_p 传感_n 数据_n 进行_v 多_a 层次_n 多_a 尺度_n 的_u 解析_vn ,_w 挖掘_v 和_c 学习_v 其中_r 蕴含_v 的_u 相关_vn 关系_n 、_w 逻辑_n 关系_n 和_c 主要_b 特征_n ,_w 实现_v 对_p 系统_n 的_u 超_h 现实_n 状态_n 表征_n 和_c 建_vn 模_Ng 。_w</s><s>计算_vn 部分_n 分为_v 系统_n 嵌入_vn 式_k 计算_vn 和_c 云_n 服务器_n 计算_vn 两_m 部分_n ,_w 协同_vd 完成_v 系统_n 的_u 计算_vn 任务_n 。_w</s><s>嵌入_vn 式_k 计算_vn 层_n 在_p 端_Ng 上_f 完成_v 数据_n 的_u 分析_vn 和_c 建_vn 模_vn ,_w 使得_v 数据_n 分析_vn 工作_vn 不_d 再_d 仅仅_d 依赖_v 于_p 云端_n 计算_vn ,_w 并且_c 通过_p 端_Ng 上_f 数据_n 计算_vn 和_c 处理_vn ,_w 减小_v 了_u 通过_p 链_n 路_n 传输_v 的_u 数据_n 量_n ,_w 节省_v 了_u 传输_vn 时间_n ,_w 提高_v 了_u 系统_n 时效性_n ;_w 云_n 服务器_n 计算_vn 层_n 是_v 整个_b 体系_n 的_u 计算_vn 核心_n ,_w 为_p 复杂_a 的_u 建_v 模_Ng 计算_vn 提供_v 硬件_n 计算_vn 平台_n ,_w 在_p 平台_n 上_f 利用_v 分布式_b 计算_vn 方法_n 对_p 经过_p 链_n 路_n 传送_v 到_v 云端_n 的_u 数据_n 以及_c 历史_n 存储_vn 数据_n 进行_v 高速_b 解析_vn ,_w 智能_n 算法_n 模型_n 的_u 训练_vn 和_c 应用_vn 都_d 在_p 云端_n 完成_v 。_w</s><s>建模_vn 计算_vn 层_n 是_v 整个_b 数字_n 孪生_b 体系_n 的_u 核心_n 部分_n ,_w 为_p 功能_n 层_n 提供_v 多_a 视角_n 、_w 多_a 尺度_n 的_u 系统_n 模型_n 和_c 评估_vn 结果_n 。_w</s>
<s>功能_n 层面_n 向_v 实际_n 的_u 系统_n 设计_vn 、_w 生产_vn 、_w 使用_vn 和_c 维护_vn 需求_n 提供_v 相应_v 的_u 功能_n ,_w 包括_v 多_a 层_n 级_n 系统_n 寿命_n 估计_vn 、_w 系统_n 集群_vn 执行_v 任务_n 能力_n 的_u 评估_vn 、_w 系统_n 集群_vn 维护_vn 保障_vn 、_w 系统_n 生产_vn 过程_n 监控_vn 以及_c 系统_n 设计_vn 决策_vn 等_u 功能_n [_w 34_m ]_w 。_w</s><s>针对_p 复杂_a 系统_n 在_p 使用_vn 过程_n 中_f 存在_v 的_u 异常_a 和_c 退化_vn 现象_n ,_w 在_p 功能_n 层_n 开展_v 针对_p 系统_n 关键_a 部件_n 和_c 子系统_n 的_u 退化_vn 建_vn 模_n 和_c 寿命_n 估计_vn 工作_vn ,_w 为_p 系统_n 健康_a 状态_n 的_u 管理_vn 提供_v 指导_vn 和_c 评估_vn 依据_n 。_w</s><s>对于_p 需要_v 协同_vn 工作_vn 的_u 复杂_a 系统_n 集群_vn ,_w 功能_n 层_n 为_p 其_r 提供_v 协同_vn 执行_vn 任务_n 的_u 可_n 执行_v 性_k 评估_vn 和_c 个体_n 自身_r 状态_n 感知_vn ,_w 辅助_v 集群_vn 任务_n 的_u 执行_vn 过程_n 决策_vn 。_w</s><s>在_p 对_p 系统_n 集群_n 中_f 每_r 个_q 个体_n 的_u 状态_n 深度_n 感知_v 的_u 基础_n 上_f ,_w 可以_v 进一步_d 依据_p 系统_n 健康_a 状态_n 实现_v 基于_p 集群_n 的_u 系统_a 维护_vn 保障_vn ,_w 节省_v 系统_n 的_u 维修_vn 开支_n 和_c 避免_v 人力_n 资源_n 的_u 浪费_vn ,_w 实现_v 系统_n 群体_n 的_u 批量_m 化_vn 维修_vn 保障_vn 。_w</s><s>数字_n 孪生_b 体系_n 的_u 最终_b 目标_n 是_v 实现_v 基于_p 系统_n 全_a 寿命_n 周期_n 健康_a 状态_n 的_u 系统_n 设计_vn 和_c 生产_vn 过程_n 优化_vd 改进_v ,_w 使_v 系统_n 在_p 设计_v 生产_v 完成_v 后_f 能够_v 在_p 整个_b 使用_vn 周期_n 内_f 获得_v 良好_a 的_u 性能_n 表现_vn 。_w</s><s>作为_p 整个_b 数字_n 孪生_b 体系_n 的_u 直接_a 价值_n 体现_vn ,_w 功能_n 层_n 可以_v 根据_p 实际_a 系统_n 需要_vn 进行_v 定制_vn ,_w 在_p 建_v 模_Ng 计算_vn 层_n 提供_v 的_u 强大_a 信息_n 接口_n 的_u 基础_n 上_f ,_w 功能_n 层_n 可以_v 满足_v 高_a 可靠性_n 、_w 高_a 准确度_n 、_w 高_a 实时_n 性_n 以及_c 智能_n 辅助_vn 决策_vn 等_u 多_a 个_q 性能_n 指标_n ,_w 提升_v 产品_n 在_p 整个_b 寿命_n 周期_n 内_f 的_u 表现_vn 性能_n 。_w</s>
<s>沉浸_vn 式_k 体验_vn 层_n 的_u 主要_b 目的_n 在于_v 提供_v 给_p 使用者_n 人机_n 交互_b 良好_a 的_u 使用_vn 环境_n ,_w 使_v 使用者_n 能够_v 获得_v 身临其境_i 般_u 的_u 技术_n 体验_vn ,_w 迅速_ad 了解_v 和_c 掌握_v 复杂_a 系统_n 的_u 特性_n 和_c 功能_n ,_w 并_c 能够_v 便捷_a 地_u 通过_p 语音_n 和_c 肢体_n 动作_n 访问_v 数字_n 孪生_b 体_Ng 功能_n 层_n 提供_v 的_u 信息_n ,_w 获得_v 分析_vn 和_c 决策_vn 方面_n 的_u 信息_n 支持_vn [_w 35_m ]_w 。_w</s><s>未来_t 的_u 系统_n 使用_vn 方式_n 将_d 不_d 再_d 仅仅_d 局限_v 于_p 听觉_n 和_c 视觉_n ,_w 同时_c 还_d 将_d 集成_v 触摸_vn 感知_vn 、_w 压力_n 感知_vn 、_w 肢体_n 动作_n 感知_vn 、_w 重力_n 感知_vn 等_u 多_a 方面_n 的_u 信息_n 和_c 感应_n ,_w 使_v 使用者_n 在_p 使用_v 时_Ng 能够_v 完全_ad 复现_v 真实_a 的_u 系统_n 场景_n ,_w 并_c 通过_p 人工_b 智能_n 的_u 方法_n 了解_v 和_c 学习_v 到_v 真实_a 系统_n 本身_r 不_d 能_v 直接_ad 反映_v 的_u 系统_n 属性_n 和_c 特征_n 。_w</s><s>通过_p 学习_v 和_c 了解_v 在_p 实体_n 对象_n 上_f 接触_v 不_d 到_v 或_c 采集_v 不_d 到_v 的_u 物理_n 量_n 和_c 模型_n 分析_vn 结果_n ,_w 使用者_n 能够_v 对_p 系统_n 获得_v 更_d 深入_a 的_u 理解_vn ,_w 设计_vn 、_w 生产_vn 、_w 使用_vn 、_w 维护_vn 等_u 各_r 个_q 方面_n 的_u 改进_vn 和_c 优化_vn 灵感_n 将_d 被_p 激发_v 和_c 验证_v 。_w</s><s>体验_vn 层_n 是_v 直接_ad 面向_v 用户_n 的_u 层_n 级_n ,_w 以_p 用户_n 可_a 用_a 性_n 和_c 交互_b 友好_a 性_n 为_v 主要_b 参考_vn 指标_n 。_w</s>
<s>图_n 3_m 所_u 示_Vg 引自_v NASA_nx OCT_nx 路线图_n 技术_n 领域_n 12_m ,_w 以_p 数字_n 孪生_b 中_f 的_u 技术_n 集成_vn 为_v 例_n 描述_v 了_u 数字_n 孪生_b 技术_n 的_u 广阔_a 发展_vn 前景_n ,_w 重点_d 解决_v 与_p 极端_n 可靠性_n 相关_v 的_u 技术_n 需求_n ,_w 使_v 数字_n 孪生_b 技术_n 融入_v 实际_n 工程_n 实践_vn 中_f 不断_d 发展_v 。_w</s><s>该_r 范例_n 通过_p 集成_v 多_a 种_q 先进_a 技术_n ,_w 实现_v 多_a 物理_n 、_w 多_a 尺度_n 的_u 集群_vn 仿真_vn ,_w 利用_v 高_a 保真_vn 建_vn 模_vn 和_c 仿真_vn 技术_n 以及_c 状态_n 深度_n 感知_vn 和_c 自_r 感知_v 技术_n 构建_v 目标_n 系统_n 的_u 虚拟_vn 实时_j 任务_n 孪生_b 体_Ng ,_w 持续_vd 预测_v 系统_n 健康_an 、_w 剩余_vn 使用_vn 寿命_n 和_c 任务_n 执行_vn 成功率_n 。_w</s><s>虚拟_vn 数字_n 集群_vn 是_v 数字_n 孪生_b 体_Ng 向_p 实际_a 工程_n 实践_vn 发展_v 的_u 重要_a 范例_n ,_w 对于_p 满足_v 未来_t 成本_n 可控_v 情况_n 下_f 的_u 高_a 可靠性_n 任务_n 执行_vn 需求_n 具有_v 重要_a 意义_n 。_w</s>
<s>3_m 数字_n 孪生_b 关键_n 技术_n</s>
<s>3.1_m 多_a 领域_n 多_a 尺度_n 融合_vn 建模_j</s>
<s>多_a 领域_n 建_v 模_Ng 是_v 指_v 在_p 正常_a 和_c 非_h 正常_b 工_vn 况_n 下_f 从_p 不同_a 领域_n 视角_n 对_p 物理_n 系统_n 进行_v 跨_v 领域_n 融合_vn 建_vn 模_Ng ,_w 且_c 从_p 最初_b 的_u 概念_n 设计_vn 阶段_n 开始_v 实施_v ,_w 从_p 深_a 层次_n 的_u 机理_n 层面_n 进行_v 融合_vn 设计_vn 理解_vn 和_c 建_v 模_Ng [_w 36_m ]_w 。_w</s><s>当前_t 大部分_m 建_v 模_Ng 方法_n 是_v 在_p 特定_b 领域_n 进行_v 模型_n 开发_vn 和_c 熟_vn 化_vn ,_w 然后_c 在_p 后期_f 采用_v 集成_vn 和_c 数据_n 融合_v 的_u 方法_n 将_p 来自_v 不同_a 领域_n 的_u 独立_a 的_u 模型_n 融合_v 为_v 一_m 个_q 综合_v 的_u 系统_n 级_b 模型_n ,_w 但_c 这_r 种_q 融合_vn 方法_n 融合_v 深度_n 不_d 够_v 且_c 缺乏_v 合理_a 解释_vn ,_w 限制_v 了_u 将_p 来自_v 不同_a 领域_n 的_u 模型_n 进行_v 深度_n 融合_vn 的_u 能力_n 。_w</s><s>多_a 领域_n 融合_v 建_v 模_Ng 的_u 难点_n 是_v 多_a 种_q 特性_n 的_u 融合_vn 会_v 导致_v 系统_l 方程_l 具有_v 很_d 大_a 的_u 自由度_n ,_w 同时_c 传感器_n 采集_v 的_u 数据_n 要求_n 与_p 实际_a 系统_n 数据_n 高度_d 一致_a ,_w 以_c 确保_v 基于_p 高_a 精度_n 传感_n 测量_vn 的_u 模型_n 动态_n 更新_vn 。_w</s>
<s>图_n 3_m 数字_n 孪生_b 中_f 的_u 技术_n 集成_vn [_w 11_m ]_w</s>
<s>Fig_nx ._u 3_m Technology_n integration_nx within_nx a_nx digital_nx twin_nx [_w 11_m ]_w</s>
<s>多_a 尺度_n 建_v 模_Ng 能够_v 连接_v 不同_a 时间_n 尺度_n 的_u 物理_n 过程_n 以_c 模拟_v 众多_m 的_u 科学_n 问题_n ,_w 多_a 尺度_n 模型_n 可以_v 代表_v 不同_a 时间_n 长度_n 和_c 尺度_n 下_f 的_u 基本_a 过程_n 并_c 通过_p 均匀_ad 调节_v 物理_n 参数_n 连接_v 不同_a 模型_n ,_w 这些_r 计算_vn 模型_n 比起_v 忽略_v 多_a 尺度_n 划分_vn 的_u 单_b 维_n 尺度_n 仿真_vn 模型_n 具有_v 更_d 高_a 的_u 精度_n [_w 37_m ]_w 。_w</s><s>多_a 尺度_n 建_v 模_Ng 的_u 难点_n 同时_d 体现_v 在_p 长度_n 、_w 时间_n 尺度_n 以及_c 耦合_vn 范围_n 3_m 个_q 方面_n ,_w 克服_v 这些_r 难题_n 有助于_v 建立_v 更加_d 精准_a 的_u 数字_n 孪生_b 系统_n 。_w</s>
<s>3.2_m 数据_n 驱动_vn 与_p 物理_n 模型_n 融合_v 的_u 状态_n 评估_vn</s>
<s>对于_p 机理_n 结构_n 复杂_a 的_u 数字_n 孪生_b 目标_n 系统_n ,_w 往往_d 难以_d 建立_v 精确_a 可靠_a 的_u 系统_n 级_b 物理_n 模型_n ,_w 因而_c 单独_d 采用_v 目标_n 系统_n 的_u 解析_vn 物理_n 模型_n 对_p 其_r 进行_v 状态_n 评估_vn 不_d 能_v 获得_v 最佳_z 的_u 评估_vn 效果_n ,_w 采用_v 数据_n 驱动_vn 的_u 方法_n 利用_v 系统_n 的_u 历史_n 和_c 实时_n 运行_vn 数据_n ,_w 对_p 物理_n 模型_n 进行_v 更新_vn 、_w 修正_vn 、_w 连接_vn 和_c 补充_vn ,_w 充分_ad 融合_v 系统_n 机理_n 特性_n 和_c 运行_vn 数据_n 特性_n ,_w 能够_v 更_d 好_a 地_u 结合_v 系统_n 的_u 实时_n 运行_vn 状态_n ,_w 获得_v 动态_n 实时_n 跟随_v 目标_n 系统_n 状态_n 的_u 评估_vn 系统_n [_w 38_m ]_w 。_w</s><s>目前_t 数据_n 驱动_vn 与_p 解析_vn 模型_n 相_d 融合_v 的_u 方法_n 主要_d 有_v 两_m 种_q 思路_n ,_w 一_m 种_q 是_v 以_p 解析_vn 模型_n 为主_v ,_w 利用_v 数据_n 驱动_vn 的_u 方法_n 对_p 解析_v 模型_n 的_u 参数_n 进行_v 修正_vn ;_w 另_r 一_m 种_q 是_v 将_p 两_m 种_q 方法_n 并行_v 使用_v ,_w 最后_f 依据_p 两_m 者_r 输出_v 的_u 可靠_a 度_n 进行_v 加权_vn ,_w 得到_v 最后_f 的_u 评估_vn 结果_n 。_w</s><s>但_c 以上_f 两_m 种_q 方法_n 都_d 缺少_v 更_d 深_a 层次_n 的_u 融合_vn 和_c 优化_vn ,_w 对_p 系统_n 机理_n 和_c 数据_n 特性_n 的_u 认知_vn 不_d 够_v 充分_a ,_w 融合_v 时_Ng 应_v 对_p 系统_n 特性_n 有_v 更_d 深入_a 的_u 理解_vn 和_c 考虑_vn 。_w</s>
<s>目前_t 数据_n 与_c 模型_n 融合_v 的_u 难点_n 在于_v 两_m 者_r 原理_n 层面_n 的_u 融合_vn 与_c 互补_vn ,_w 如何_r 将_p 高_a 精度_n 的_u 传感_n 数据_n 统计_vn 特性_n 与_p 系统_n 的_u 机理_n 模型_n 合理_a 、_w 有效_a 地_u 结合_v 起来_v ,_w 获得_v 更_d 好_a 的_u 状态_n 评估_vn 与_c 监测_vn 效果_n ,_w 是_v 亟待_v 考虑_v 和_c 解决_v 的_u 问题_n 。_w</s>
<s>无法_v 有效_ad 实现_v 物理_n 模型_n 与_p 数据_n 驱动_vn 模型_n 的_u 结合_vn ,_w 也_d 体现_v 在_p 现有_vn 工业_n 复杂_a 系统_n 和_c 装备_n 复杂_a 系统_n 全_a 寿命_n 周期_n 状态_n 无法_v 共享_v ,_w 全_a 寿命_n 周期_n 内_f 的_u 多_a 源_Ng 异_b 构_Ng 数据_n 无法_v 有效_ad 融合_v ,_w 现有_v 对_p 数字_n 孪生_b 的_u 乐观_a 前景_n 大都_d 建立_v 在_p 对_p 诸如_v 机器_n 学习_vn 、_w 深度_n 学习_vn 等_u 高_a 复杂_a 度_n 、_w 高_a 性能_n 的_u 算法_n 基础_n 上_f ,_w 预期_v 利用_v 越来越_d 多_a 的_u 工业_n 状态_n 监测_vn 数据_n 构建_v 数据_n 或_c 数学_n 模型_n ,_w 借以_v 替代_v 难于_v 构建_v 的_u 物理_n 模型_n ,_w 但_c 如此_r 会_v 带来_v 对象_n 系统_n 过程_n 或_c 机理_n 难于_v 刻画_v 、_w 所_u 构建_v 的_u 数字_n 孪生_b 系统_n 表征_n 性能_n 受限_vn 等_u 问题_n 。_w</s><s>有效_ad 提升_v 或_c 融合_v 复杂_a 装备_n 或_c 工业_n 复杂_a 系统_n 前期_f 的_u 数字化_vn 设计_vn 及_c 仿真_vn 、_w 虚拟_vn 建模_vn 、_w 过程_n 仿真_vn 等_u ,_w 进一步_d 强化_v 考虑_v 复杂_a 系统_n 构成_vn 和_c 运行_vn 机理_n 、_w 信号_n 流程_n 及_c 接口_n 耦合_vn 等_u 因素_n 的_u 仿真_vn 建模_vn ,_w 是_v 构建_v 数字_n 孪生_b 系统_n 必须_d 突破_v 的_u 瓶颈_n 。_w</s>
<s>3.3_m 数据_n 采集_vn 和_c 传输_vn</s>
<s>高_a 精度_n 传感器_n 数据_n 的_u 采集_vn 和_c 快速_b 传输_vn 是_v 整个_b 数字_n 孪生_b 系统_n 体系_n 的_u 基础_n ,_w 温度_n 、_w 压力_n 、_w 振动_vn 等_u 各_r 个_q 类型_n 的_u 传感器_n 性能_n 都_d 要_v 最优_v 以_p 复现_v 实体_n 目标_n 系统_n 的_u 运行_vn 状态_n ,_w 传感器_n 的_u 分布_vn 和_c 传感器_n 网络_n 的_u 构建_vn 要_v 以_p 快速_b 、_w 安全_an 、_w 准确_a 为_v 原则_n ,_w 通过_p 分布式_b 传感器_n 采集_v 系统_n 的_u 各_r 类_q 物理_n 量_n 信息_n 以_c 表征_v 系统_n 状态_n [_w 39_m ]_w 。_w</s><s>同时_c ,_w 搭建_v 快速_b 可靠_a 的_u 信息_n 传输_vn 网络_n ,_w 将_p 系统_n 状态_n 信息_n 安全_a 、_w 实时_n 地_u 传输_v 到_v 上_v 位_vn 机_n 供_v 其_r 应用_v 具有_v 十分_m 重要_a 的_u 意义_n 。_w</s><s>数字_n 孪生_b 系统_n 是_v 物理_n 实体_n 系统_n 的_u 实时_n 动态_n 超现实_b 映射_vn ,_w 数据_n 的_u 实时_n 采集_vn 传输_vn 和_c 更新_vn 对于_p 数字_n 孪生_b 具有_v 至关重要_l 的_u 作用_n 。_w</s><s>大量_m 分布_v 的_u 各_r 类型_n 高_a 精度_n 传感器_n 是_v 整个_b 孪生_b 系统_n 的_u 最前线_s ,_w 为_p 整个_b 孪生_b 系统_n 起到_v 了_u 基础_n 的_u 感官_n 作用_n 。_w</s>
<s>目前_t 数字_n 孪生_b 系统_n 数据_n 采集_vn 的_u 难点_n 在于_v 传感器_n 的_u 种类_n 、_w 精度_n 、_w 可靠性_n 、_w 工作_vn 环境_n 等_u 受到_v 当前_t 技术_n 发展_vn 水平_n 的_u 限制_vn ,_w 采集_v 数据_n 的_u 方式_n 也_d 受到_v 局限_vn ;_w 数据_n 传输_vn 的_u 关键_n 在于_v 实时_n 性_n 和_c 安全性_n ,_w 网络_n 传输_vn 设备_n 和_c 网络_n 结构_n 受_v 限于_v 当前_t 技术_n 水平_n 无法_v 满足_v 更_d 高_a 级别_n 的_u 传输_vn 速率_n ,_w 网络_n 安全性_n 保障_vn 在_p 实际_a 应用_vn 中_f 同样_d 应_v 予以_v 重视_vn 。_w</s>
<s>随着_p 传感器_n 水平_n 的_u 快速_d 提升_v ,_w 很多_m 微机_b 电_b 系统_n (_w micro_nx -_w electro_nx -_w mechanical_nx system_nx ,_w MEMS_nx )_w 传感器_n 日趋_d 低_a 成本_n 和_c 高_a 集成度_n ,_w 而_c 高_a 带宽_n 和_c 低_a 成本_n 的_u 无线_b 传输_vn ,_w 如_v IoT_nx 等_u 技术_n 的_u 应用_vn 推广_vn ,_w 能够_v 为_p 获取_v 更_d 多_a 用于_v 表征_v 和_c 评价_v 对象_n 系统_n 运行_vn 状态_n 或_c 异常_a 、_w 故障_n 、_w 退化_v 等_u 复杂_a 状态_n 提供_v 前提_n ,_w 尤其_d 对于_p 旧有_v 复杂_a 装备_n 或_c 工业_n 系统_n ,_w 其_r 感知_vn 能力_n 较_d 弱_a ,_w 距离_n 构建_vn 信息_n 物理_n 系统_n (_w cyber_nx physical_nx system_nx ,_w CPS_nx )_w 的_u 智能_n 体系_n 尚_d 有_v 较_d 大_a 差距_n 。_w</s><s>许多_m 新型_b 的_u 传感_vn 手段_n 或_c 模块_n 可_v 在_p 现有_vn 对象_n 系统_n 体系_n 内_f 或_c 兼容_v 于_p 现有_vn 系统_n ,_w 构建_v 集_Vg 传感_n 、_w 数据_n 采集_vn 和_c 数据_n 传输_vn 一体_n 的_u 低_a 成本_n 体系_n 或_c 平台_n ,_w 也_d 是_v 支撑_v 数字_n 孪生_b 体系_n 的_u 关键_n 部分_n 。_w</s>
<s>3_m ._w 4_m 全_a 寿命_n 周期_n 数据_n 管理_vn</s>
<s>复杂_a 系统_n 的_u 全_a 寿命_n 周期_n 数据_n 存储_vn 和_c 管理_vn 是_v 数字_n 孪生_b 系统_n 的_u 重要_a 支撑_vn ,_w 采用_v 云_n 服务器_n 对_p 系统_n 的_u 海量_n 运行_vn 数据_n 进行_v 分布式_b 管理_vn ,_w 实现_v 数据_n 的_u 高速_b 读取_vn 和_c 安全_an 冗余_b 备份_n ,_w 为_p 数据_n 智能_n 解析_vn 算法_n 提供_v 充分_a 可靠_a 的_u 数据_n 来源_n ,_w 对_p 维持_v 整个_b 数字_n 孪生_b 系统_n 的_u 运行_vn 起_v 着_u 重要_a 作用_n [_w 40_m ]_w 。_w</s><s>通过_p 存储_vn 系统_n 的_u 全_a 寿命_n 周期_n 数据_n ,_w 可以_v 为_p 数据_n 分析_vn 和_c 展示_vn 提供_v 更_d 充分_a 的_u 信息_n ,_w 使_v 系统_n 具备_v 历史_n 状态_n 回放_vn 、_w 结构_n 健康_a 退化_vn 分析_vn 以及_c 任意_b 历史_n 时刻_n 的_u 智能_n 解析_vn 功能_n 。_w</s><s>海量_n 的_u 历史_n 数据_n 同时_d 还_d 为_p 数据_n 挖掘_vn 提供_v 了_u 丰富_a 的_u 样本_n 信息_n ,_w 通过_p 提取_v 数据_n 中_f 的_u 有效_a 特征_n 、_w 分析_v 数据_n 间_f 的_u 关联_vn 关系_n ,_w 可以_v 基于_p 数据_n 分析_vn 结果_n 获得_v 很多_m 未知_vn 但_c 却_d 具有_v 潜在_b 利用_vn 价值_n 的_u 信息_n ,_w 加深_v 对_p 系统_n 机理_n 和_c 数据_n 特性_n 的_u 理解_vn 和_c 认知_vn ,_w 实现_v 数字_n 孪生_b 体_n 的_u 超_h 现实_n 属性_n ,_w 随着_p 研究_v 的_u 不断_d 推进_v ,_w 全_a 寿命_n 周期_n 数据_n 将_d 持续_v 为_p 其_r 提供_v 可靠_a 的_u 数据_n 来源_n 和_c 支撑_vn 。_w</s>
<s>全_a 寿命_n 周期_n 数据_n 存储_vn 和_c 管理_vn 的_u 实现_vn 需要_vn 借助于_v 服务器_n 的_u 分布式_b 和_c 冗余_n 存储_vn ,_w 由于_c 数字_n 孪生_b 系统_n 对_p 数据_n 的_u 实时_n 性_n 要求_v 很_d 高_a ,_w 如何_r 优化_v 数据_n 的_u 分布_vn 架构_n 、_w 存储_vn 方式_n 和_c 检索_vn 方法_n ,_w 获得_v 实时_n 可靠_a 的_u 数据_n 读取_vn 性能_n ,_w 是_v 其_r 应用_v 于_p 数字_n 孪生_b 系统_n 面临_v 的_u 挑战_vn 。_w</s><s>尤其_d 考虑_v 工业_n 企业_n 的_u 数据_n 安全_an 以及_c 装备_n 领域_n 的_u 信息_n 保护_vn ,_w 构建_v 以_p 安全_an 私有_vn 云_n 为_v 核心_n 的_u 数据_n 中心_n 或_c 数据_n 管理_vn 体系_n ,_w 是_v 目前_t 较为_d 可行_a 的_u 技术_n 解决_vn 方案_n 。_w</s>
<s>3.5_m VR_nx 呈现_vn</s>
<s>VR_nx 技术_n 可以_v 将_p 系统_n 的_u 制造_vn 、_w 运行_vn 、_w 维修_vn 状态_n 以_p 超现实_b 的_u 形式_n 给出_v ,_w 对_p 复杂_a 系统_n 的_u 各_r 个_q 关重_a 子系统_n 进行_v 多_a 领域_n 、_w 多_a 尺度_n 的_u 状态_n 监测_vn 和_c 评估_vn ,_w 将_p 智能_n 监测_vn 和_c 分析_vn 结果_n 附加_v 到_v 系统_n 的_u 各_r 个_q 子系统_n 、_w 部件_n ,_w 在_p 完美_v 复现_v 实体_n 系统_n 的_u 同时_n 将_p 数字_n 分析_vn 结果_n 以_p 虚拟_v 映射_v 的_u 方式_n 叠加_v 到_v 所_u 创造_v 的_u 孪生_b 系统_n 中_f ,_w 从_p 视觉_n 、_w 声觉_n 、_w 触觉_n 等_u 各_r 个_q 方面_n 提供_v 沉浸_v 式_k 的_u 虚拟_vn 现实_n 体验_vn ,_w 实现_v 实时_n 连续_a 的_u 人_n 机_n 互动_vn [_w 41_m ]_w 。_w</s><s>VR_nx 技术_n 能够_v 使_v 使用者_n 通过_p 孪生_b 系统_n 迅速_a 地_u 了解_v 和_c 学习_v 目标_n 系统_n 的_u 原理_n 、_w 构造_n 、_w 特性_n 、_w 变化_vn 趋势_n 、_w 健康_a 状态_n 等_u 各_r 种_q 信息_n ,_w 并_c 能_v 启发_v 其_r 改进_v 目标_n 系统_n 的_u 设计_vn 和_c 制造_vn ,_w 为_p 优化_vn 和_c 创新_v 提供_v 灵感_n 。_w</s><s>通过_p 简单_a 的_u 点击_vn 和_c 触摸_vn ,_w 不同_a 层级_n 的_u 系统_n 结构_n 和_c 状态_n 会_v 呈现_v 在_p 使用者_n 面前_f ,_w 对于_p 监控_v 和_c 指导_v 复杂_a 装备_n 的_u 生产_vn 制造_vn 、_w 安全_a 运行_vn 以及_c 视_Vg 情_n 维修_vn 具有_v 十分_m 重要_a 的_u 意义_n ,_w 提供_v 了_u 比_p 实物_n 系统_n 更加_d 丰富_a 的_u 信息_n 和_c 选择_vn 。_w</s>
<s>复杂_a 系统_n 的_u VR_nx 技术_n 难点_n 在于_v 需要_v 布置_v 大量_m 的_u 高_a 精度_n 传感器_n 采集_vn 系统_n 的_u 运行_vn 数据_n 以_c 为_p 虚拟_vn 现实_n 技术_n 提供_v 必要_a 的_u 数据_n 来源_n 和_c 支撑_vn ,_w 同时_c ,_w 虚拟_vn 现实_n 技术_n 本身_r 的_u 技术_n 瓶颈_n 也_d 亟待_v 突破_v 和_c 提升_v ,_w 以_c 提供_v 更_d 真实_a 的_u 虚拟_vn 现实_n 系统_n 体验_vn 。_w</s>
<s>另_r 一_m 方面_c ,_w 现有_vn 工业_n 数据_n 分析_vn 中_f ,_w 往往_d 忽视_v 数据_n 呈现_vn 的_u 研究_vn 和_c 应用_vn ,_w 随着_p 日趋_d 复杂_a 数据_n 分析_vn 任务_n 以及_c 高维_b 、_w 高_a 实时_n 数据_n 建_vn 模_n 和_c 分析_vn 需求_n ,_w 强化_v 对_p 数据_n 呈现_vn 技术_n 的_u 关注_vn ,_w 是_v 支撑_v 构建_v 数字_n 孪生_b 体系_n 的_u 一_m 个_q 重要_a 环节_n 。_w</s><s>目前_t 很多_m 互联网_n 企业_n 均_d 不断_d 推出_v 或_c 升级_v 数据_n 呈现_vn 的_u 空间_n 或_c 软件_n 包_n ,_w 工业_n 数据_n 分析_vn 可以_v 在_p 借鉴_v 或_c 借用_v 这些_r 数据_n 呈现_vn 技术_n 的_u 基础_n 上_f ,_w 加强_v 数据_n 分析_vn 可_v 视化_v 的_u 性能_n 和_c 效果_n 。_w</s>
<s>3_m ._w 6_m 高_a 性能_n 计算_vn</s>
<s>数字_n 孪生_b 系统_n 复杂_a 功能_n 的_u 实现_vn 很_d 大_a 程度_n 上_f 依赖_v 于_p 其_r 背后_f 的_u 计算_vn 平台_n ,_w 实时_n 性_n 是_v 衡量_v 数字_n 孪生_b 系统_n 性能_n 的_u 重要_a 指标_n ,_w 因此_c ,_w 基于_p 分布式_b 计算_vn 的_u 云_n 服务器_n 平台_n 是_v 其_r 重要_a 保障_vn ,_w 同时_c 优化_v 数据_n 结构_n 、_w 算法_n 结构_n 等_u 以_c 提高_v 系统_n 的_u 任务_n 执行_vn 速度_n 同样_d 是_v 保障_v 系统_n 实时_n 性_n 的_u 重要_a 手段_n [_w 42_m ]_w 。_w</s><s>如何_r 综合_vd 考量_v 系统_n 搭载_v 的_u 计算_vn 平台_n 的_u 计算_vn 性能_n 、_w 数据_n 传输_vn 网络_n 的_u 时间_n 延迟_vn 以及_c 云计算_n 平台_n 的_u 计算_vn 能力_n ,_w 设计_v 最优_v 的_u 系统_n 计算_vn 架构_n ,_w 满足_v 系统_n 的_u 实时_n 性_n 分析_vn 和_c 计算_vn 要求_n ,_w 是_v 其_r 应用_v 于_p 数字_n 孪生_b 的_u 重要_a 内容_n 。_w</s><s>平台_n 数字_n 计算_vn 能力_n 的_u 高低_n 直接_ad 决定_v 系统_n 的_u 整体_n 性能_n ,_w 作为_p 整个_b 系统_n 的_u 计算_vn 基础_n ,_w 其_r 重要性_n 毋庸置疑_l 。_w</s>
<s>数字_n 孪生_b 系统_n 的_u 实时_n 性_n 要求_v 系统_n 具有_v 极_d 高_a 的_u 运算_vn 性能_n ,_w 这_r 有赖于_v 计算_vn 平台_n 的_u 提升_vn 和_c 计算_vn 结构_n 的_u 优化_vn ,_w 系统_n 的_u 运算_vn 性能_n 受_v 限于_v 当前_t 的_u 计算机_n 发展_vn 水平_n 和_c 算法_n 设计_vn 优化_vn 水平_n ,_w 因此_c ,_w 应_v 在_p 这_r 两_m 方面_n 做_v 突破_vn 以_c 服务_v 于_p 数字_n 孪生_b 技术_n 的_u 发展_vn 。_w</s>
<s>高_a 性能_n 数据_n 分析_vn 算法_n 的_u 云_n 化_k 、_w 异_Ag 构_Ng 加速_vn 的_u 计算_vn 体系_n (_w 如_v CPU_nx +_w GPU_nx 、_w CPU_nx +_w FPGA_nx )_w 是_v 现有_vn 云_n 计算_vn 基础_n 上_f ,_w 可以_v 考虑_v 的_u 能够_v 满足_v 工业_n 实时_n 场景_n 下_f 高_a 性能_n 计算_vn 的_u 两_m 个_q 方向_n 。_w</s>
<s>3.7_m 其他_r 关键_n 技术_n</s>
<s>人工_b 智能_n 的_u 热潮_n 推动_v 着_u 数字_n 孪生_b 技术_n 的_u 发展_vn ,_w 智能_n 制造_vn 和_c 工业_n 智能_n 的_u 快速_b 发展_vn 催动_v 数字_n 孪生_b 技术_n 的_u 演进_vn 和_c 成熟_an ,_w 考虑_v 商用_b 大数据_n 和_c 工业_n 大数据_n 的_u 本质_n 差异_n ,_w 诸如_v 异常_a 状态_n 或_c 故障_n 状态_n 仿真_vn 与_c 注入_vn 、_w 工业_n 数据_n 可_v 用性_n 量化_vn 分析_vn 、_w 小_a 样本_n 或_c 无_v 样本_n 的_u 增强_vn 深度_n 学习_vn 等_u ,_w 均_d 是_v 当前_t 在_p 数据_n 生成_vn 、_w 数据_n 分析_vn 与_c 建_vn 模_Ng 等_u 方面_n 的_u 研究_vn 特点_n 或_c 挑战_vn 。_w</s><s>半_m 物理_n 仿真_vn 、_w 验证_vn 和_c 评估_vn 方法_n 及_c 体系_n 等_u 对于_p 数字_n 孪生_b 平台_n 的_u 构建_vn 也_d 十分_m 必要_a 。_w</s>
<s>4_m 挑战_vn 和_c 发展_vn 趋势_n</s>
<s>随着_p 工业_n 信息_n 系统_n 、_w 人工_b 智能_n 和_c 机器_n 学习_vn 、_w 工业_n 大数据_n 等_u 技术_n 的_u 快速_b 发展_vn ,_w 数字_n 孪生_b 技术_n 在_p 智能_n 制造_vn 领域_n 和_c 装备_n 智能_n 维护_vn 领域_n 展现_v 了_u 良好_a 的_u 前景_n ,_w 逐步_d 获得_v 来自_v 于_p 军民_n 两_m 个_q 领域_n 的_u 重视_vn ,_w 包括_v 机器人_n 、_w 航空_n 航天_n 、_w 新_a 能源_n 等_u 行业_n 均_d 开始_v 持续_vd 关注_v 和_c 探索_v 着_u 数字_n 孪生_b 的_u 技术_n 体系_n 、_w 关键_a 技术_n 以及_c 应用_vn 潜力_n 。_w</s><s>然而_c ,_w 数字_n 孪生_b 所_u 描绘_v 的_u 美好_a 前景_n 与_p 工业_n 与_c 装备_n 领域_n 的_u 现实_a 技术_n 水平_n 间_f 存在_v 着_u 巨大_a 的_u 鸿沟_n ,_w 很多_m 基础性_n 的_u 技术_n 要求_n 仍_d 不_d 具备_v ,_w 具体_ad 体现_v 在_p 如下_v 几_m 个_q 方面_n 。_w</s>
<s>1_m )_w 多_a 行业_n 的_u 数字化_vn 设计_vn 水平_n 较_d 低_a 。_w</s>
<s>航空_n 航天_n 、_w 机器人_n 等_u 行业_n 的_u 优势_n 更_d 多_a 体现_v 在_p 集成_vn 创新_vn 层面_n ,_w 基础_n 设计_vn 能力_n 水平_n 仍然_d 不_d 高_a ,_w 很多_m 传统_n 行业_n 的_u 数字化_vn 设计_vn 水平_n 较_d 低_a ,_w 缺乏_v 支撑_v 数字_n 孪生_b 技术_n 体系_n 构建_vn 所_u 需_v 的_u 基础_n 数学_n 模型_n 、_w 仿真_vn 模型_n ,_w 尤其是_d 关键_a 核心_n 部件_n 或_c 工艺_n 过程_n 的_u 数字化_vn 仿真_vn 能力_n 欠缺_a ,_w 成为_v 制约_v 数字_n 孪生_b 技术_n 发展_v 的_u 一_m 大_a 瓶颈_n 。_w</s>
<s>2_m )_w 复杂_a 工业_n 系统_n 和_c 复杂_a 装备_n 数据_n 价值_n 较_d 低_a 。_w</s>
<s>现有_v 典型_a 复杂_a 工业_n 系统_n 领域_n 或_c 复杂_a 装备_n 领域_n ,_w 随着_p 大数据_n 概念_n 和_c 技术_n 的_u 推广_vn ,_w 以及_c 诊断_vn 、_w 预测_vn 和_c 健康_a 管理_vn 需求_n 的_u 不断_d 挖掘_v ,_w 陆续_d 开始_v 重视_v 建设_v 数据_n 中心_n 或_c 增强_v 的_u 工业_n 信息化_vn 系统_n 平台_n ,_w 大都_d 具备_v 对_p 工业_n 大数据_n 的_u 存储_vn 和_c 管理_vn 能力_n ,_w 尤其_d 近年_t 不断_d 积累_v 了_u 一定_b 量_n 的_u 历史_n 数据_n ,_w 覆盖_v 仿真_v 、_w 设计_v 验证_v 、_w 测试_v 和_c 试验_v 、_w 在线_v 运行_v 和_c 维护_v 维修_v 等_u 全_a 寿命_n 周期_n 的_u 不同_a 环节_n ,_w 但_c 限于_v 工业_n 数据_n 建_v 模_Ng 和_c 分析_vn 高度_d 关联_v 于_p 不同_a 行业_n 领域_n 的_u 工程_n 和_c 专家_n 经验_n ,_w 而_c 数据_n 分析师_n 和_c 领域_n 工程师_n 间_f 尚_d 存在_v 一定_b 割裂_vn ,_w 无论_c 是_v 管理_vn 机制_n 、_w 技术_n 体制_n 还是_c 从业_b 人员_n 专业_n 能力_n 均_d 存在_v 局限_vn 。_w</s><s>加之_c ,_w 已_d 有_v 累积_vn 数据_n 数据_n 质量_n 较_d 差_a ,_w 价值_n 过低_a ,_w 与_p 现实_a 迫切_a 的_u 需求_n 和_c 快速_d 应用_v 的_u 成效_n 难以_d 匹配_v ,_w 数据_n 源_Ng 已经_d 成为_v 当下_t 以及_c 未来_t 一_m 段_q 时间_n 制约_v 数据_n 分析_vn 和_c 利用_vn ,_w 乃至于_c 数字_n 孪生_b 技术_n 发展_v 的_u 基本性_n 瓶颈_n 。_w</s>
<s>3_m )_w 垂直_vn 领域_n 的_u 软件_n 专业化_vn 水平_n 较_d 低_a 。_w</s>
<s>类似_a 于_p GE_nx Predix_nx 的_u 平台_n 难于_v 推广_v 的_u 一_m 个_q 原因_n 就_d 是_v 其_r 定位_v 于_p 可以_v 解决_v 绝大部分_m 行业_n 的_u 问题_n ,_w 但_c 不同_a 工业_n 领域_n 的_u 基础_n 水平_n 和_c 条件_n 、_w 信息_n 处理_vn 流程_n 、_w 行业_n 自身_r 特色_n 等_u 不同_a ,_w 使得_v 短期_b 内_f 难于_v 构建_v 适合于_v 多_a 领域_n 通用_vn 化_v 的_u 数字_n 孪生_b 技术_n 体系_n 和_c 技术_n 平台_n ,_w 而_c 许多_m 垂直_vn 领域_n 如_v 航空_n 航天_n 的_u 软件_n 专业化_vn 水平_n 仍然_d 不_d 高_a ,_w 人才_n 和_c 市场_n 也_d 存在_v 一定_b 的_u 制约_vn 和_c 限制_vn ,_w 软件_n 化_vn 水平_n 和_c 能力_n 也_d 会_v 成为_v 制约_v 各_r 领域_n 数字_n 孪生_b 技术_n 发展_vn 和_c 推广_vn 的_u 一_m 个_q 问题_n 。_w</s>
<s>4_m )_w 成本_n 和_c 收益_n 、_w 研究_v 和_c 应用_v 间_f 的_u 差距_n 短期_t 内_f 难于_v 弥合_v 。_w</s>
<s>装备_n 领域_n 由于_c 其_r 特殊性_n 对_p 成本_n 和_c 收益_n 尚_d 不_d 敏感_a ,_w 但_c 过_d 小_a 的_u 规模_n 和_c 领域_n 的_u 特殊性_n 决定_v 了_u 短期_b 内_f 无法_v 取得_v 较_d 大_a 突破_vn 。_w</s><s>而_c 可能_v 取得_v 大_a 规模_n 应用_vn 和_c 技术_n 应用_vn 突破_vn 的_u 工业_n 领域_n ,_w 限于_v 成本_n 和_c 收益_n 的_u 矛盾_an ,_w 尤其_d 短_a 时间_n 内_f 无法_v 解决_v 的_u 收益_n 模式_n 和_c 收益_n 量化_vn 的_u 问题_n ,_w 会_v 在_p 某个_r 阶段_n 或_c 技术_n 推广_vn 时间_n 节点_n 前_f 成为_v 现实_n 制约_vn 。_w</s>
<s>数字_n 孪生_b 技术_n 体系_n 涉及_v 的_u 其他_r 关键_a 技术_n ,_w 包括_v 传感器_n 及_c 传感器_n 融合_vn 技术_n 、_w 寿命_n 预测_vn 技术_n 、_w 支撑_v 试验_vn 和_c 验证_vn 技术_n 等_u ,_w 均_d 与_p 现实_n 应用_vn 存在_v 一定_b 差距_n 。_w</s><s>一边_d 探索_v 和_c 尝试_v ,_w 一边_d 优化_v 和_c 完善_v ,_w 应该_v 是_v 当前_t 不同_a 领域_n 和_c 对象_n 系统_n 构建_v 数字_n 孪生_b 平台_n 的_u 不错_a 选择_vn 。_w</s>
