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数字孪生在行业领域的一些典型应用

数字孪生在千行百业都有它的用武之地。
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  当前,全球数字经济蓬勃发展,互联网、大数据、云计算、人工智能、数字孪生等新技术与各行业加速融合,日益成为经济社会发展的强大“数字底座”。

  如今ChatGPT的耀眼光环下,迅速燎原全世界。目前看来,ChatGPT的表现已表明AI逐渐替代基础型知识劳动者已经到来,同时整个行业组织间的形态也将产生变化,构建起相互链接、相互协同的新生态。

  另一边,数字孪生正在成为工业领域数字化转型与发展的重要力量。简单来说,数字孪生(Digital Twin)就是在虚拟空间中,构建物理实体的“克隆体”,还原现实世界中的场景,从支持人们对物理实体进一步了解、分析和优化决策。

  数字孪生是物联网和工业互联网的重要组成部分,坦率地说,这个技术概念并不算新,当下正在被广泛应用于工业制造、智慧城市、智能交通、能源等各大行业领域,通过数字孪生技术帮助一些工程项目模拟运行。       

      数字孪生的一些典型应用  

  1、制造业

  数字孪生可被用于产品生产制造的全生命周期。比如在正式生产之前,企业可以通过仿真模拟,在虚拟环境中验证生产线的排产、生产环节,加速产品优化;在产品正式投入使用后,企业也可通过工业互联网收集报错、产品更新等产品数据信息,进行针对性的、及时的闭环优化。例如,汽车制造商可以使用数字孪生来模拟汽车的设计和生产过程,以便更好地了解如何改进生产效率和质量。

  2、 航空航天

  作为科技最前沿的应用领域,航空航天针对数字孪生技术的应用可以说起源最早。“孪生”的概念最早出现于1969年美国的阿波罗项目中,美国国家航空航天局(NASA)通过制造两个完全相同的航天器,形成“物理孪生”,这是最早期数字孪生技术的雏形。随着技术的迭代发展,数字孪生技术在航空航天产品研发、故障检测、系统管控等方面都有着广泛的应用。比如借助基于数字孪生的3D体验平台,利用用户在虚拟空间进行产品体验并反馈的信息不断改进修正产品设计模型,进而对物理实体产品进行改进提升;或者借助数字孪生,结合传统故障分析方法,对飞行器的疲劳裂纹等故障进行分析并实现更准确的预测。

  3、建筑业

  数字孪生在建筑业中也有广泛的应用。数字孪生技术可以为建筑师和工程师提供一个可视化的平台,以便于设计和模拟建筑项目。数字孪生可以模拟建筑物的各种参数,例如温度、湿度、风速等,以及模拟建筑物在不同天气条件下的性能。数字孪生还可以通过模拟不同的建筑设计方案,为建筑师和工程师提供建议和优化方案,提高建筑的质量和可靠性。

  4、医疗保健

  从造物角度来讲,人体比机械要复杂太多。人体有37万亿个细胞,每一个细胞生命周期里又有4200万的蛋白质。 但人体数字化,即基于人体相关的多学科、多专业知识的系统化研究,却将这些知识全部注入人体的数字孪生体中。这有利于降低各种手术风险,提高成功率,改进药物研发,提高药物的效用。随着数字孪生(DT)技术的出现,为个体患者提供个体化的诊断和治疗将成为可能,并被认为是未来精准医学的一部分。如今数字孪生技术在心血管疾病、癌症、传染病等方面的都有应用案例。

  5、 能源

  就在近日,国家能源局便印发了《关于加快推进能源数字化智能化发展的若干意见》,《意见》指出要推动实体电网在人工智能及数字孪生领域的探索,推动实体电网数字呈现、仿真和决策;推动面向能源装备和系统的数字孪生模型及智能控制算法开发。

  今年5月,在杭州亚运村,国网浙江电力以环亚运村电网为核心,将能源互联网物理系统实时完整映射为数据,这也是国内首次建成覆盖整个区域性电网、涵盖输变配全要素的数字孪生电网。数字孪生技术可以用于能源系统的设计、仿真和优化,提高能源生产效率和可持续性。

  6、农业

  数字孪生技术可以帮助智慧农业的生产过程更加智能化和精准化。通过数字孪生技术可以对农业生产过程中的各种因素进行实时监控,比如土壤温度、湿度、氧气含量、二氧化碳含量等等,这些数据可以通过传感器实时采集,并反馈给数字孪生系统。数字孪生系统可以将这些数据进行分析,并通过数据可视化方式呈现给农民,以便他们能够更好地了解植物的生长环境,从而更好地调整农业生产策略,提高农业生产效率和产量。

  7、城市规划

  数字孪生技术可以对城市的地形、建筑、交通、市政设施等进行高精度的三维建模和模拟,为城市规划和设计提供决策支持。比如可以模拟城市的开发空间、人口、交通流量等指标,分析城市的未来发展趋势和规划方向,制定可持续发展方案;数字孪生技术还可以实现对城市各项建设和运营过程的数字化监控和管理。比如可以利用数字孪生技术监测和管理城市供水、供电、供暖、供气等基础设施的运行状态和资源利用情况,通过数据分析和仿真模拟,优化资源配置和设备保养,提高设施可靠性和服务质量。

  8、物流

  在仓储物流领域,不少企业开始启用数字孪生技术,对货架、物料、托盘及各类自动化设备等仓库全景实现高质量孪生重建,实现数字世界与物理世界的映射,还原仓库实时运行状态。同时,与看板系统结合,对各项运营指标进行分析和实时监控,实现全链路数据管理,保证仓库有序、高效运行,最大化释放企业仓储潜能。

  小结

       除上述典型应用场景外,数字孪生技术因其独特的技术优势在一些长尾市场也拥有大量的应用,并且随着技术的不断成熟,应用范围和深度也在持续递增。

      总之,数字孪生技术在各个领域的应用已经成为了不可忽视的趋势。数字孪生技术可以通过建立虚拟模型、收集大量的数据、进行分析和模拟等方式,为企业、医疗机构、城市规划师等提供重要的决策支持,从而帮助提高效率、降低成本、提高质量,促进各个领域的发展和进步。

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