数字孪(luán)生是近几年兴起的非常前沿的新技术,简单说就是利用物理模型,使用传感器获取数据的仿真过程(chéng),在虚拟(nǐ)空间中完(wán)成映(yìng)射,以(yǐ)反映相对应的(de)实体(tǐ)的全生命周期过程。
在(zài)未(wèi)来,物理世界中的各种事物都将可以使用(yòng)数字孪生技(jì)术进行复制。在工业领域,通过数字(zì)孪生技(jì)术的使用,将大幅推动产品在设计、生产(chǎn)、维护及维修等(děng)环节(jiē)的变(biàn)革(gé)。
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数(shù)字孪生技术不仅可以让我(wǒ)们看(kàn)到产品外(wài)部的变化,更重(chóng)要的是可(kě)以看到产品内部的(de)每一(yī)个零(líng)部件的工作状态。
例如,通过数字3D模型,我们可以看到汽车在运行过程中,发动机(jī)内部的每一个(gè)零部(bù)件、线路、各种接头的每一个数字化的变化,从而可(kě)以对产品(pǐn)进行(háng)预防性维护。毫不夸张的说(shuō),数(shù)字孪生(shēng)将是改变行业游(yóu)戏规(guī)则的一项新技术。
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据预(yù)测,到2022年,85%的物联网平台将使用(yòng)某种数字(zì)孪生技(jì)术进行监控,少数城(chéng)市将率(lǜ)先利用数字孪生技(jì)术进行智慧(huì)城(chéng)市的管理(lǐ)。
当然(rán),数字(zì)孪生不(bú)仅将在(zài)工厂与城市(shì)运营中发挥作用,也(yě)将在家居生活、个人(rén)健康管理等方面大有可为。全球知名的(de)未来学家Thomas Frey认为:在十年之后,数字孪生技术将从以下七个方(fāng)面改变我们的(de)工作和生活。
1.智能家(jiā)居管理中心
物联网让我们(men)的(de)家居生活变得越来越(yuè)智(zhì)能,因(yīn)此需要(yào)一个中央管理系统对安全系(xì)统、电视网络(luò)、Wi-Fi、冰箱、太(tài)阳能、热水器、厨房设备、暖气(qì)/空调等系统进行统一管理。
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未来十年内(nèi),大(dà)多数家庭都将拥有一(yī)个中(zhōng)央管理中(zhōng)心,数(shù)字孪(luán)生技术将成为(wéi)其(qí)中的重(chóng)要组成部分,也(yě)将成(chéng)为对未来家庭需求(qiú)管理至关重要的智能系统。
2.工业设备监控
未来工(gōng)厂中每个设备都拥(yōng)有一个数字(zì)复制体。通过它,我们可以(yǐ)精确(què)地了解这些实体设备的运行(háng)方(fāng)式(shì)。
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通过数(shù)字模型与实(shí)体设备的无缝匹配,可以实时获取设备监控系统的运(yùn)行数据(jù),从而实(shí)现(xiàn)故障预判和及时维修。
3.远程操控
监(jiān)控只(zhī)是数字孪生技术的初(chū)级应用(yòng),控制才是最终级的应用(yòng)场景。通过数字模型,我(wǒ)们将可以实现(xiàn)设备(bèi)的远程操(cāo)控。
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在未(wèi)来(lái),远程辅助、远程操作、远程(chéng)紧急命令都(dōu)将成(chéng)为日常管理的常用汇词(cí)。
4.智慧城(chéng)市管理
未来,无人机(jī)群将为城市提供基于图像扫描的城市数字模型,街道、社区、娱乐、商业等各功能模块都将(jiāng)拥有数(shù)字模型。
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随着(zhe)城市数字(zì)模型的扩充与发展,数字孪(luán)生技术将覆盖城市(shì)的每(měi)条电力线、变电站、污水系统、供水和排(pái)水系统(tǒng)、城市应急(jí)系(xì)统、Wi-Fi网络(luò),高(gāo)速公路,交通控(kòng)制系(xì)统(tǒng)等所有看见或(huò)看不见的地方,而(ér)城市管理将更加轻松可控。
5.推动现(xiàn)实世界探索
互联网(wǎng)时代(dài),搜(sōu)索技术让(ràng)我们得以更轻松地发现、了解和认知事物。在未来(lái),无(wú)人机(jī)、自(zì)动驾驶(shǐ)汽(qì)车、传感(gǎn)器将取(qǔ)代当前网络(luò)爬虫的工作。搜(sōu)索技术将变得更加复杂(zá),我们将(jiāng)能够搜索气味、味(wèi)道、振动、纹理、比重、反射(shè)、气(qì)压等物理(lǐ)世(shì)界的(de)属(shǔ)性。
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随着时(shí)间(jiān)的推移,新的(de)搜索(suǒ)引擎(qíng)将能够在数字世界和现实世界中找到(dào)几乎所(suǒ)有的东西。
6.健康监(jiān)测与(yǔ)管理
未(wèi)来,我们每个人都(dōu)将拥有自己(jǐ)的数字孪生体。
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通过各种新型医疗检测和(hé)扫(sǎo)描仪器以及可穿戴(dài)设备,我们可以(yǐ)完美地复(fù)制出(chū)一个数字化身(shēn)体,并可(kě)以追踪这个数字化身体每一部分的运动与变化,从而更好地进行健康监测和管(guǎn)理(lǐ)。
7.大脑活动的监控与管理
人脑是(shì)大自然中最(zuì)复杂的(de)产品之一,很(hěn)多国家的科研人员正在试图用数字化(huà)技术找(zhǎo)出人类大脑的思考方式。
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例如(rú),美国惠普公司正在与瑞(ruì)士洛桑联(lián)邦理工学院合作开展(zhǎn)Blue Brain项目,旨在建立哺乳(rǔ)动物大(dà)脑的数字模型,以期(qī)发现大脑的工作原(yuán)理,利用大量的计算方法来模(mó)拟大脑的运动、感(gǎn)知和管(guǎn)理(lǐ)等功(gōng)能(néng),从而协助脑部(bù)疾(jí)病(bìng)的诊断与治疗。
目前,我们正在使用的各种有形的或无形的产品、服务都(dōu)经(jīng)历了无数次(cì)的(de)更新迭代(dài),数字孪(luán)生技术(shù)同样如此。
总体来看,数字孪生技术还(hái)处在早期阶段,要(yào)实现成熟应用(yòng),还需要克服很多困(kùn)难(nán)。但可以(yǐ)肯(kěn)定的是(shì),在(zài)数(shù)字时代的未(wèi)来,数字孪(luán)生将完全(quán)改(gǎi)变我们发现、认知和改造世界的方(fāng)式。