“超宇宙”的概念来自尼尔·斯蒂芬森1992年的科幻小说《雪崩》。这部小说描绘了一个数字空元宇宙,人们使用数字《阿凡达》相互交流。
从小说中的描述可以看出,超宇宙本质上是一个将现实世界虚拟化、数字化的过程。要在现实中实现超宇宙,我们需要扩展现实技术、数字孪生和区块链。
在这里,文君介绍了数字孪生技术。
1,数字双胞胎的发展
原点
数字双胞胎的概念起源于20世纪70年代。美国国家航空航天局(美国国家航空航天局)使用了两个相同的航天器,其中一个被发射到外太空空,执行太空空的任务,另一个被留在地球上,协助工程师分析和处理太空/[/K0]。
发展
2002年,密歇根大学教授迈克尔·格里夫斯(Michael Grieves)在关于产品生命周期管理的演讲中提出了一个类似于数字双胞胎的概念模型。
2010年,美国国家航空航天局在其技术路线图中使用了数字双胞胎的概念。
2011年,一名研究实验室的工作人员在一次演讲中提到了机身数字孪生的概念。
2015年后,世界各国开始研究如何将数字双胞胎应用到工业互联网中。
2016-2018年,Gartner连续三年将数字双胞胎列为十大战略技术发展趋势。
2、数字孪生技术VS仿真技术?
文档君一脸疑惑的看着这段话,不自觉的摸了摸自己的小脑袋。
简单来说,数字孪生(digital twin)就是构造一个与物理实体的组成、特征、功能、性能完全等价,并可以模拟优化的数字模型(即 digital twin)的技术。
这个介绍是不是瞬间觉得数字双胞胎并没有听起来那么高,甚至觉得:咦,这不就是在电脑上用CAD软件建模吗?
当然,事实并非如此。两者的区别在于数字双胞胎是实时闭环的,这是仿真技术所不具备的。
实时:数字双胞胎在整个生命周期内与物理实体保持一致,能够高保真地镜像物理对象的实时运行状态。就像镜子里的世界,里面的人和物24小时都在模仿镜子外的你和你的周围。
闭环:数字双胞胎不仅可以接收物理实体的数据,还可以将自己模拟和推演的结果反馈给物理实体,从而帮助用户对物理实体进行优化和决策,实现物理实体的闭环决策优化功能。
就像去医院体检一样,检查设备对患者的患病部位进行监测和检查,最后检查设备将分析判断结果反馈给医生和患者,医生根据检查结果制定并实施治疗方案。当然,与做体检不同,数字双胞胎的推演结果可以直接反馈,呈现在物理实体中。
听起来有那么“十亿”高大上吗?
在数字双胞胎中,模拟技术是一种用于建立模型和进行模拟的技术。
3,数字孪生的应用
数字双胞胎的应用可以说是“千行业”,涉及智能制造、智慧健康、智慧城市、智慧能源等多个领域。
除了上述领域,通信领域的数字双网也采用了数字双网技术。
数字孪生网络(Digital Twin Network,DTN)在《数字孪生网络(Digital Twin Network,DTN)白皮书2021》中是这样定义的:是以数字方式创建物理网络实体的虚拟孪生,并能与物理网络实体实时交互和映射的网络系统。
数字双网相对于传统通信网的优势:
实时可视化并反映网络状态。
错误可以追溯到过去。
调整和优化网络资源。
对网络优化方案进行仿真,验证后部署在物理网络中。
根据数字双网的优势,预测了数字双网未来可能的应用场景:
基于数字双网的意向网络实现:意向网络中的翻译验证、意向动态保护/优化等功能可以基于数字双网的映射模型实现,可以从网络应用层实时保证用户的意向。意向网详细介绍,请跳转至卧营意向网。
可视化网络拓扑管理:基于数字双网的映射模型,生成物理网络实体对应的虚拟拓扑,实现拓扑的多维可视化展示。
故障管理闭环:故障管理闭环能够自动准确识别并快速定位网络故障的根本原因,完成故障修复和验证。在故障闭环中,对故障处理方案进行仿真验证,并通过数字双网实现输出方案的可靠性。
4、数字双胞胎的挑战与发展趋势
目前,越来越多的企业广泛使用数字结对技术,但仍面临数据采集能力参差不齐、关键数据感知无效、采集数据利用率低、数据间缺乏关联等问题。从长远来看,要充分发挥数字结对技术的全部价值,就必须整合数字结对技术整个生态系统中的所有系统和数据,这是数字结对技术的发展趋势。
数字孪生由基础支撑层、数据交互层、模型构建层和仿真分析层、公共应用层和行业应用层组成,数字孪生生态系统中包含的各种信息技术可以感受到未来真的是一个“元宇宙”。
注:此图来自中国电子技术标准化研究院基础支撑层:《数字孪生应用2020白皮书:用于采集数据并发送到网络的终端设备》。
数据交互层:为构建数字双胞胎提供支持的软件和平台。
模型构建层和仿真分析层:为数字双胞胎建立具有物理规律和机理的数字模型。
公共应用层:用于支持物理实体的全生命周期管理。
行业应用层:针对行业需求,数字孪生技术在各个领域的各种应用服务。
5,摘要[/s2/]
目前,数字孪生技术在各个行业都有很大的发展前景,是实现智慧医疗、智慧城市、智能制造、智能网络的基础。我相信,成熟的数字孪生技术,一定会有大数据、云计算、5G网络、物联网等技术的加持,一定会在未来某一天为实现“元宇宙”的愿景而努力。
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