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可以解决未来问题的 5 个数字孪生应用

时间:2023-10-20   访问量:116

什么是数字孪生?建立一个系统,在其中装满传感器,然后使用数据为模型提供动力,该模型可以准确地告诉您系统中发生了什么,也许还可以告诉您如何使其变得更好。

 


更精确的定义是困难的,因为不同领域的双胞胎的大小和性质是如此不同。荷兰埃因霍温理工大学机械工程教授 Shane O'Seasnáin 表示:“我发现,有多少研究人员,就有多少关于数字孪生的想法。” “这是有充分理由的:通常人们专注于一个研究领域,因此他们会为其用例构建数字孪生。”

 

德克萨斯农工大学机械工程系教授、该大学数字孪生实验室成员郑·奥尼尔 (Zheng O'Neil) 则用另一种方式表述:“它是现实世界实体和过程的虚拟表示,以指定的频率和保真度同步, “ 她说。“随着传感、通信和计算技术的快速发展,数字孪生已经被开发出来并用于通过实时数据模拟现实世界的条件,改进操作并实现各种规模的优化。”

无论您如何定义,数字孪生都是一个席卷工程界的概念。当系统变得复杂时,没有更好的工具来理解交互和做出预测。以下是数字孪生即将带来革命性变革的五个领域。

 

建筑物

世界上有很多建筑物,每一栋都是一堆系统和子系统。准确了解电力、管道、供暖、制冷、人流、电梯、工作时间表和清洁时间表如何协同工作(有时甚至相互矛盾)以保持建筑物的功能,自然会带来更高的效率、舒适度和设计。

 

“我们使用模拟为建筑业主和设计师提供非此即彼的分析场景,”奥尼尔说。“但我们不仅仅在设计阶段使用这些模型,我们还尝试在建筑物的整个生命周期中使用这些模型。”

 

由于建筑物内有数千个传感器,该模型可以产生比人类操作员想象的更有效的解决方案。例如,当建筑物的温度处于适合居住者的舒适水平时,没有数字孪生的建筑物经理可能会认为一切正常,但事实上,可能会出现严重的浪费。


“如果室温保持完美,你就不会观察到我们所说的同时加热和冷却的现象,”奥尼尔说。“设施经理可能不会注意到这一点,直到他们收到账单。” 数字孪生将提供建议,然后业主和管理者可以最好地决定如何解决问题。


同样,在感冒和流感季节,数字孪生可以建议如何将人们安置在建筑物中,以最大化他们之间的空间。或者,在供暖费用可能昂贵的时期,数字孪生可以建议将人们聚集在一起。


约翰逊公司的 OpenBlue、微软的 Azure 和霍尼韦尔的 Honeywell Forge 等数字孪生解决方案很快将在全球智能建筑中投入使用。

 

城市

地球上几乎没有比城市更复杂的实体了。这是一个由交通和行人模式、地铁和水道组成的网络,更不用说发电厂和电力使用、流入和流出、食品供应和人口统计了。当然,每个领域都有专门的土木工程师,但数字孪生可以提供新的见解并阐明以前从未设想过的联系。 

 

“您可以将不同类型的系统和用户组合在一起,并真正看到所有这些所产生的紧急影响,”O'Seasnáin 说。“也许我们可以看看地下水位,我们可以看看污染,我们可以看看个人行为,我们可以看看肥胖和糖尿病等问题,我们可以看看绿色空间——我们可以看看各种领域,我们可以确实可以更进一步并做出更好的决策。”

 

达索系统正在与法国雷恩市合作创建数字孪生。虚拟 3D 模型几乎可以在其中行走,城市规划者和企业将能够就开发、基础设施和旅行做出复杂的决策。

由于水和温度管理对生存至关重要,新加坡凭借虚拟新加坡数字孪生技术处于领先地位。它已经拥有 300 万张街道照片、160,000 张航拍照片,并在 100 TB 的虚拟城市中内置了数十亿个数据点。世界上许多城市——赫尔辛基、上海、纽约等——都在效仿。

农场

数字孪生在远离城市的地方也占有一席之地。农场是一个与其他系统一样的系统,其自动化程度不断提高,并且依赖于许多不断变化的变量。现场的湿度和土壤传感器、谷仓中的牲畜监测器、供应链信息和机械数据都可以输入到一个模型中。通过关注手机或计算机上的数字孪生软件,农民可以在不依赖直接观察的情况下做出决策。根据自动化程度,他们还可以在舒适的屏幕上更改计划。

 

荷兰马铃薯种植者雅各布·范·登·博恩 (Jacob van den Borne) 正在为他在勒塞尔 (Reusel) 的工厂打造这样一个数字双胞胎。

 

“他的祖父过去常常在他的农场里散步,拿着一个小笔记本说,‘好吧,这里湿,那里干,这里的草长得更高,那里的杂草长得更好,’”奥西斯奈恩说。“因此,在某种程度上,他在概念上正在构建一种双胞胎,只是他没有软件。” 现在,范登博恩拥有软件、无人机和传感器,可以使他的农场尽可能精简和高效。


不用说,土豆并不是唯一可以从双胞胎中受益的作物。位于科珀斯克里斯蒂的德克萨斯 A&M 农业中心的研究人员正在为棉花种植创建数字孪生,以帮助农民在作物生长和纤维质量之间取得平衡。同样,爱荷华州立大学的人工智能复原农业研究所正在创建“人工智能驱动的预测性数字双胞胎”,以实现更好的资源管理。他们希望它能帮助农场超精准、高效地使用水、肥料和能源,最终


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