数字孪生

数字孪生开发：基础知识、类型、优势和成本

数字孪生开发有助于了解虚拟环境中的复杂系统和流程。对于全球企业来说，它变成了做出更明智的决策，预测设备故障，从而避免故障风险和相关成本。

ygtu

Dec 29, 2023 • 11 min read

在线工具推荐：3D数字孪生场景编辑器 - GLTF/GLB材质纹理编辑器 - 3D模型在线转换 - Three.js AI自动纹理开发包 - YOLO 虚幻合成数据生成器 - 三维模型预览图生成器 - 3D模型语义搜索引擎

“创建然后优化”方案不再适用于所有域的企业。它需要额外的成本来纠正缺陷，减慢工作流程，并导致生产延迟。

定制数字孪生的开发将改变这种状况。它可以在实际创建产品或做出业务决策之前快速准确地分析和优化流程。

通过本文，我们将解释数字孪生的概念和类型，以及开发此解决方案必不可少的组件。您还将探索 3D 虚拟孪生与其类似孪生之间的差异、创建自定义数字模型的优势以及相关成本。

什么是数字孪生？

全球业务的转型导致了工业4.0新时代的出现和发展。它优先考虑高级分析、自动化和渐进式技术，以实现最佳结果。这些变化是由云和边缘计算、物联网、人工智能和数字孪生开发等解决方案推动的。

最后一个用于工业 4.0 中，以显示现实世界和虚拟世界之间的联系。通过这种集成，您可以创建用于设计、工程运营和生产问题的解决方案。

从本质上讲，数字孪生是计划或实际的物理产品、系统或流程的虚拟表示，充当其相同的数字对应物。它允许公司远程控制设备和系统，分析数据集，并预测潜在的故障或问题。

它与类似概念的区别是什么？数字孪生使用双向数据链路。简单地说，通过虚拟模型传输的动作开始在其物理模型中执行。

这就是为什么数字孪生开发服务在工业企业中很受欢迎的原因。全球 87% 的 CEO 确信，数字孪生已成为促进战略生态系统合作伙伴关系中有效协作的重要组成部分。因此，65%的受访者预计他们的公司将在未来三年内增加对虚拟孪生的投资。

“随着现在出现各种各样的数字孪生机会，品牌在服务或产品交付以及内部业务流程方面都得到了提升。精心设计的数字孪生将成为动态和高效业务绩效的幸运门票。Slava Podmurnyi，福布斯成员

通过以方便、精确的方式展示业务运营的各个方面，定制数字孪生工程取代了传统的决策方法。考虑到这一点，让我们看看哪些元素对于创建有效的虚拟表示是必不可少的。

数字孪生元素的完整概述

尽管数字孪生开发项目涉及创建独特的虚拟表示，但它们都具有相同的基本元素。一些 3D 孪生组件负责收集对象数据，而其他组件则分析和预测其行为或以用户友好的方式显示接收到的信息。由于没有这些元素就不可能实现数字孪生，因此详细审查它们是有意义的。

基于 3D 的模型工程

它是使用从真实物体收集的数据开发的，并呈现了物品特征的所有细节。在现实世界中实施解决方案之前，企业使用 3D 软件工程服务来更好地了解对象或流程、预测其行为并识别问题。

阅读更多：3D数字孪生场景编辑器 ，支持3D孪生场景在线搭建

云基础设施开发

3D 模型的这一部分提供了存储从传感器收集的数据的空间。数字孪生开发公司使用云基础设施提供从任何地方访问信息的机会，允许用户通过互联网与虚拟模型进行交互。

人工智能

人工智能有助于分析、解释和理解虚拟模型提供的数据。此元素有助于实时决策、事件预测、趋势检测和异常识别。

数字平台开发

这是一个数字空间，工程师可以观察、分析数字孪生仿真并与之交互。它可以是云平台、网络和移动应用程序、可视化工具和专门的管理系统。

强大的安全系统

由于数字表示包含业务数据，因此会受到网络攻击的威胁。因此，企业应采取网络安全措施，保护 3D 模型免受未经授权的访问、数据丢失或完整性受损。您的网络安全策略可能涉及各种活动，例如遵守隐私法规、对传输中的数据使用加密以及管理故障预防和消除。

传感器和执行器

传感器从现实世界中收集物体或系统的物理数据，并将其转换为软件可以读取和理解的数字表示。例如，有关温度、湿度、运动、位置或振动的信息。

当您正确开发和实施上述数字孪生元素时，您可以获得许多更好的优化和决策机会。这也会影响虚拟孪生在组织内工作的方案选择。

数字孪生如何工作？

简而言之，数字孪生处理和解释来自传感器的数据，使其能够实时跟踪对象，预测其行为并执行多个测试模拟。但是，重要的是要了解虚拟副本不是一种算法。相反，它适用于五种不同的场景：

监测

数字孪生在从各种传感器收集数据的同时，持续关注物理对象。也就是说，它跟踪物理特性、性能指标和环境因素。由于所有这些数据都是实时更新的，因此公司知道物品现在发生了什么。

分析

通过利用内置的机器学习和分析算法，数字孪生可以表示有价值的信息和隐藏的模式。例如，如果数字孪生模拟跟踪真实对象，它可能会发现特定特征或这些特征与设备功能之间的联系。

预测

一旦数字双胞胎完成数据收集和处理，它就会使用这些信息来预测企业内的未来事件。例如，数字孪生可以确定制造新产品所需的公司资源并满足其市场需求。

建议

自定义数字孪生开发任务之一是对假设场景进行建模。在实践中，这意味着您可以从数字孪生数据模型中获得有关未来产品或其制造链各个组件的建议。这使公司能够找到最佳操作参数以达到预期的结果。企业也采用这种策略来改进他们现有的产品或服务。

适应

在工业 4.0 时代，适应性是公司采用新技术进行运营优化的能力。数字孪生开发服务通过准确表示组织的当前状态和预测潜在问题来增强这一点，从而使用新数据实现快速适应和明智决策。

数字孪生是算法、技术和数据驱动流程的复杂融合。然而，这种复杂性允许对复杂事物进行实时跟踪、预测分析和虚拟表示，从而提高效率并改善结果。

数字孪生的主要类型

层次结构标识四种类型的数字孪生。它们中的每一个都有特定的特征和目的。以下所有虚拟孪生类型的分析和示例将帮助您为公司的运营做出最佳决策。

1.组件孪生和部件孪生

组件孪生是较大系统的一个元素或部分的虚拟版本。它的主要职责是跟踪和检查与该特定部件相关的数据，例如机器、传感器或子系统。这种类型的数字孪生提供了有关某些部件如何工作和性能的信息。它可以帮助您确定何时需要维护，改进任务的完成方式，并提高整体效率。

让我们以电动机为例。在这种情况下，数字孪生体处理数据集（电流、电压、温度）以确保电机的最佳运行。如果任何读数超出标准，虚拟模型会提醒操作员需要维护。这些程序在早期阶段发现问题，使公司能够避免故障和事故。

2.资产孪生

这个虚拟副本由多个部分组成，这些部分要么对对象的某些真实世界元素进行建模，要么使用这些部分产生的数据来表示整个项目。资产数字孪生向工程师展示了不同部件之间的交互方式以及整体工作方式。例如，检查哪个组件可以更好地运行，如何减少故障和恢复时间，以及如何更节约地使用资源。

3.进程孪生

术语“过程孪生”代表网络系统的数字表示。这种特殊类型的虚拟孪生可以判断所有这些系统是否都已同步以尽可能有效地运行。它提供了对企业内流程和工作流的最大洞察。因此，公司可以对产品和服务进行更深入和多样化的分析。

4.系统孪生

这是一种创建系统副本的方法，允许公司在系统范围内复制和分析资产。这种类型的定制虚拟孪生工程代表了不同资产如何协同工作，形成功能单元。数字孪生系统提供了公司的概况，使企业主能够测试不同的配置，以实现最大效率或确定增加利润的新机会。

如本节所述，自定义数字孪生开发过程通常从较小的组件和资产开始，逐渐演变为复杂生态系统的综合虚拟建模。在考虑正确选择虚拟孪生时，组织必须仔细评估其特定需求和目标，同时考虑可扩展性、准确性和成本效益等因素。通过这样做，企业可以充分利用预测性数字孪生来增强决策。