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专题
2021/9/18 15:07

数字孪生关键技术及体系架构

邮电设计技术  王 巍,刘永生,廖 军,蔡一欣

本文版权为《邮电设计技术》所有,如需转载请联系《邮电设计技术》编辑部

摘要:数字孪生以各领域日益庞大的数据为基本要素,借助发展迅速的建模仿真、人工智能、虚拟现实等先进技术,构建物理实体在虚拟空间中的数字孪生体,实现对物理实体的数字化管控与优化,开拓了企业数字化转型的可行思路。首先介绍了数字孪生的演进与价值,然后给出了数字孪生典型特征及其体系架构,并基于该架构介绍了多项数字孪生关键技术,最后对数字孪生进行了展望,包括其面临的挑战与未来发展趋势。

关键词:数字孪生;建模仿真;数字化转型

doi:10.12045/j.issn.1007-3043.2021.08.003

概述

数字孪生中“孪生”的基本思想最早起源于上个世纪美国国家航空航天局(NASA)的阿波罗计划,通过留在地球上的航天器对发射到太空的航天器进行工作状态的仿真模拟,进而辅助航天员完成决策,明显减少了各种操作结果的未知性。

“数字孪生”一词首次出现于2009年美国空军研究实验室提出的“机身数字孪生体”概念中,而“数字孪生”作为独立概念首次出现则是在2010年NASA的2份技术报告中,其被定义为集成多物理量、多尺度、多概率的系统或飞行器仿真过程。此后,数字孪生正式进入公众的视野,也开始得到各研究领域的重视。

2012年,NASA指出数字孪生是驱动未来飞行器发展的关键技术之一;2013年,NASA将数字孪生列入“全球科技愿景”;2017年佐治亚理工大学首次提出数字孪生城市,2018年中国信通院发布了《数字孪生城市研究报告》;从2018年起,ISO、IEC、IEEE三大标准化组织也开始着手数字孪生相关标准化工作。

数字孪生目前没有统一的理论体系,自其诞生以来,各研究与应用领域对其提出了多种定义,如表1所示。

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