數字孿生VS數字樣機

2022-07-04

隨著工業創新成為世界主要工業國家的戰略層面競爭高地,如何在工業創新中采用具有革命性、顛覆性的技術來提升核心能力、保持競爭優勢,成為主要工業國家研究的熱點。其中,如何實現采用虛擬數字技術來反映真實物理世界,進而實現虛擬數字世界與物理世界的交聯,通過構建賽博物理系統(CPS),將基于模型的系統工程(MBSE)思想落實到工具、流程上,逐漸成為發展新一代研發技術的核心和重點。

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在如此大環境的需求下,數字孿生技術 (Digital Twin)近期得到了廣泛和高度的關注。許多國際著名企業都開始探索數字孿生技術在產品設計、制造和服務等方面的應用。國內包括北航、浙大等知名高校以及各大企業也開始探索數字孿生技術在工程領域的應用。但其實說到對物理實體進行虛擬模型建立這一技術,早在20世紀80年代,學術界就有提出“數字樣機技術 (Digital Prototype) ”。那么這兩大技術究竟是換湯不換藥的概念替換還是真正的技術迭代呢?今天世冠就和各位工程師朋友們一起來將這兩大技術在概念上面進行一下淺析。

首先這個相對更早被推出的數字樣機技術,它主要是指建立整個產品的全三維數字化模型,從而實現對產品整體顯示和裝配過程的模擬。讓工程師可以方便地在計算機上對零部件進行重量、平衡和應力分析以及利用包含各種數據參數的三維模型實現各種零部件的精確配合,減少設計錯誤、更改和返工現象。整個設計過程中,工程師盡可能用數字樣機來代替實際的物理樣機進行試驗包括靜、動力學仿真分析等,并根據仿真計算結果對設計方案進行優化和改進。值得注意的是數字樣機技術主要是對有幾何特征的物體進行模型建立,從而以達到采用三維數學模型對產品進行評估、修改和完善的目的。

而近來被提出的數字孿生技術,雖然在概念上來看  也是以數字化方式創建物理實體的虛擬模型,從而借助數據模擬物理實體在現實環境中的行為。但其在此基礎上還能夠通過虛實交互反饋、數據融合分析、決策迭代優化等手段為物理實體增加或擴展新的能力。并且作為一種充分利用模型、數據智能并集成多學科的技術。數字孿生技術強調將產品全生命周期的模型實現數字化,而不僅僅是最終產品的數字化樣機。數字孿生技術貫穿了產品的概念設計(工業設計)、工程設計、工程分析(虛擬仿真)的全過程。

世冠的GCAir集成化仿真平臺就是基于數字孿生技術進行開發的典型產品?;跀底謱\生技術的GCAir是適用于多源異構模型集成的航空飛行器虛擬集成開發環境,能夠讓用戶在同一平臺上完成架構設計、功能設計、性能設計、虛擬試驗、虛擬運行,實現了模型集成技術的突破。此平臺支持來源于歐洲開放的FMI標準,可用在航空的總體設計、飛控系統設計、多電飛機研發、飛發一體化研發、發動機虛擬實驗、起落架及制動系統設計以及無人機任務規劃等方向的仿真模型集成工作中。

通過以上的分析和對比我們能看到,數字孿生技術的應用更加全面和廣泛,其涉及到產品的全生命周期,包括產品研究、規劃、設計、試驗、制造、使用到產品的最終報廢。而數字樣機技術則只側重于虛擬產品的設計、分析仿真和虛擬試驗等過程。故兩者關系就涉及范圍來說,可以說,在很大程度上,數字孿生已經涵蓋了數字樣機。而這一技術的更迭也會極大地促進仿真領域的發展,進而使得基于實物物理樣機的傳統設計+試驗的研制方法逐漸被淘汰,甚至原來離散狀態的數字模擬仿真,將來在很大程度上也會被基于數字孿生技術的開發技術所取代。 世冠在此大環境的影響下,會更加著力發展基于數字孿生技術的優秀產品,為廣大世冠用戶提供更加先進、有效的仿真軟件和更加全面、貼心的服務。


數字孿生“三段論”
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