數位孿生是實體物件、系統或流程的虛擬表示或數位對應物。它是使用即時資料、模擬和建模技術建立的，以反映其物理對應物的行為、特徵和效能。數位孿生廣泛應用於製造、醫療保健、運輸和能源等各個行業，以最佳化效能、監控營運並促進決策。
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數位孿生
數位孿生是實體產品或流程的虛擬表示，用於理解和預測物理對應物的效能特徵。數位孿生用於在投資實體原型之前模擬、預測和最佳化產品和生產系統。
什麼是數位孿生？
發現數位孿生的主要特徵
數位孿生透過結合多物理場模擬、資料分析和機器學習來展示設計變更、使用場景、環境條件和其他變數的影響，消除了對實體原型的需求，減少了開發時間並提高了品質。
即時資料集成
數位孿生不斷更新來自感測器、 IoT 設備和其他來源的即時資料，從而在任何給定時間提供實體資產或系統的準確表示。
模擬和建模
數位孿生通常結合模擬和建模技術來模擬實體資產或系統在不同條件下的行為和表現。這可以進行預測分析、最佳化和情境規劃。
雙向通訊
數位孿生可以實現虛擬模型與其實體模型之間的雙向通訊。這意味著來自數位孿生的資料和見解可以為物理世界中的決策和行動提供資訊，反之亦然。
監測與控制
數位孿生允許從虛擬環境即時監控和控制實體資產或系統。這使得遠端監控、診斷和預測性維護能夠最佳化效能並減少停機時間。
行業中的數位孿生範例
製造業
製造流程和設備的數位孿生可以最佳化生產計劃、預測設備故障並提高整體效率。
智慧城市
交通網路和公用事業等城市基礎設施的數位孿生可以最佳化交通流量、管理能源消耗並增強公共服務。
衛生保健
患者生理和醫療設備的數位孿生可以支援個人化治療計劃、遠端監控健康指標並模擬外科手術。
活力
發電廠和再生能源系統的數位孿生可以最佳化能源生產、預測設備故障並管理電網穩定性。
CAD 和模擬軟體中的數位孿生
數位孿生建模可以是 CAD（電腦輔助設計）軟體和模擬軟體的一部分，具體取決於相關軟體的特定功能和能力。
CAD 軟體
CAD 軟體主要用於建立實體物件或系統的詳細 3D 模型。在數位孿生的背景下，CAD 軟體可用於建立實體資產的虛擬表示或幾何形狀。這包括對物理物件的幾何形狀、結構、組件和組件進行建模。CAD 軟體通常專注於幾何表示和設計意圖，使工程師能夠建立準確的產品或系統虛擬模型。
模擬軟體
另一方面，模擬軟體用於模擬物理系統在各種條件下的行為和效能。模擬軟體可以透過整合即時資料、基於實體的模型和模擬技術來整合數位孿生建模，以建立實體資產的虛擬表示。這包括模擬物理系統的動態行為、互動和效能特徵。模擬軟體著重於根據基本物理原理分析和預測系統的行為。
在實務中，數位孿生建模通常涉及 CAD 軟體和模擬軟體的組合。CAD 軟體用於建立物理資產的幾何表示，而模擬軟體用於模擬數位孿生的行為和效能。CAD 和模擬軟體之間的整合使工程師能夠建立全面的數位孿生，準確地表示實體系統及其動態行為。此外，一些軟體平台提供整合解決方案，將 CAD 和模擬功能結合到一個平台中，使使用者能夠在同一環境中從設計無縫過渡到分析。這些整合解決方案使工程師能夠更有效率地建立、模擬和最佳化數位孿生。
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數位孿生常見問題解答
數位孿生的潛在應用取決於它所建模的產品生命週期的哪個階段。一般來說，數位孿生分為三種類型：產品、生產和效能。三個數位孿生一起發展的組合和整合被稱為數位主線。使用術語「線程」是因為它融入並彙集了產品和生產生命週期所有階段的資料。
- 產品數位化獲勝
產品數位孿生以數位形式複製實體產品。它們用於產品設計、測試和模擬。產品數位孿生可協助工程師和設計師分析產品在不同條件下的效能，使他們能夠在實際生產開始之前最佳化其設計和功能。
- 處理數位孿生
過程數位孿生模擬和分析物理過程或系統的行為。它們用於監視、控制和最佳化製造工廠、供應鏈和能源網等複雜系統的運作。流程數位孿生使組織能夠即時視覺化、模擬和分析流程，從而促進更好的決策和效能最佳化。
- 系統數位孿生
系統數位孿生在數位環境中複製整個系統或生態系統。它們整合了產品、流程和其他組件的多個數位孿生，以全面模擬複雜系統的行為。系統數位孿生用於對智慧城市、交通網路和工業綜合體等大型系統進行建模和分析。
與主要用於監控和分析的傳統數位孿生不同，可執行數位孿生是主動的動態模型，可以響應輸入、模擬場景並自主或在人工幹預下做出決策。可執行的數位孿生（或 xDT）。簡單來說，xDT 是晶片上的數位孿生。xDT 使用嵌入實體產品中的（相對）少量感測器的資料，使用降階模型執行即時模擬。透過這些少量的感測器，它可以預測物體上任何一點的物理狀態（即使在不可能放置感測器的地方）。
即時模擬與交互
可執行數位孿生 (xDT) 能夠即時模擬實體資產或系統的行為和效能。它們可以回應輸入，模擬不同的操作條件，並與外部系統或使用者動態互動。
自主權和決策權
可執行數位孿生（xDT）可以根據預先定義的規則、演算法或機器學習模型自主做出決策。他們可以分析資料、預測結果並採取行動來最佳化績效或應對不斷變化的條件。
閉環控制
可執行數位孿生 (xDT) 通常在閉環控制系統中運行，來自感測器和執行器的即時資料被反饋到虛擬模型中，以調整參數、最佳化效能並維持所需的運行條件。
預測分析和最佳化
可執行數位孿生 (xDT) 使用預測分析和最佳化技術來預測未來行為、識別潛在問題或機會並建議採取措施以提高績效或降低風險。
與 IoT 和 AI 技術集成
可執行數位孿生 (xDT) 利用 IoT (IoT) 感測器、連接和人工智慧 (AI) 演算法來收集即時資料、分析複雜模式並做出明智的決策。他們還可以結合機器學習模型來實現適應性行為和持續改進。
動態適應與學習
可執行數位孿生 (xDT) 能夠從經驗中學習並適應環境或操作條件隨時間的變化。他們可以根據新資料和回饋不斷更新模型、參數和策略。
可執行的數位孿生可應用於各個行業，包括製造、能源、交通、醫療保健和智慧城市。它們可以在即時監控至關重要的複雜系統中實現預測性維護、自主操作、流程最佳化和決策支援。總體而言，可執行的數位孿生代表了數位孿生技術的下一代發展，為實體資產和系統的即時模擬、決策和最佳化提供了增強的功能。可執行數位孿生是數位孿生的高級形式，它不僅代表實體資產或系統的虛擬副本，而且還能夠即時執行、模擬虛擬模型並與虛擬模型互動。
基於物理的模型
基於物理的可執行數位孿生依賴於描述被複製系統的物理行為的數學模型。這些模型通常基於物理學的基本原理，例如力學、熱力學、流體動力學、電磁學等。透過求解控制這些物理現象的方程，數位孿生可以在虛擬環境中模擬現實世界系統的行為。
物理過程模擬
數位孿生使用基於物理的模型來模擬系統內的物理過程和交互作用。這使得它能夠預測系統在不同操作條件、輸入和場景下的行為。
即時模擬
基於實體模型的可執行數位孿生可以即時或近距離實時模擬物理系統的行為。這使得能夠根據系統及其環境的當前狀態進行動態互動和決策。
閉環控制
基於實體的可執行數位孿生通常在閉環控制系統中運行，其中來自感測器和執行器的即時資料用於調整模擬參數並控制虛擬模型的行為。這使得數位孿生能夠保持所需的操作條件並最佳化效能。
驗證與驗證
可執行數位孿生中使用的基於物理的模型必須經過驗證和驗證，以確保其準確性和可靠性。這涉及將模擬結果與現實世界的測量和實驗資料進行比較，以確認數位孿生準確地代表了物理系統。
雖然基於物理的建模通常用於可執行的數位孿生，但值得注意的是，也可以採用其他建模方法，例如資料驅動建模、經驗模型或結合物理和資料驅動技術的混合模型，具體取決於應用程式的具體要求和限制。