什麼是數字孿生？有哪些關鍵能力？

作者：方誌剛，西門子工業軟件大中華區副總裁兼CTO | 來源：大數據DT（ID：hzdashuju）

什麼是鏡像世界（mirror worlds）?它們是從計算機屏幕中看到的代錶真實世界的軟件模型，海量的信息通過巨大的軟件通道源源不斷地湧入模型，如此多的信息使得模型可以模擬現實世界每時每刻的運動。

數字孿生是飛行器或係統集成的多物理、多尺度的概率性仿真，它使用最好的可用物理模型、更新的傳感器數據和曆史飛行數據等來反映與該模型對應的飛行實體全生命周期的真實特性。

• David Gelernter（1992）：第一個數字孿生想法的提齣者（雖然1992年還顯得有些科幻）。
• Michael Greives（2002）：第一個數字孿生的命名者。
• Glaessgen和Stargel （2012）：第一個數字孿生的嚴格學術定義者。
• 西門子工業軟件：第一個數字孿生的倡導者和實踐者。

• 數字模型設計。使用CAD工具開發齣滿足技術規格的産品虛擬原型，精確記錄産品的各種物理參數，以可視化的方式展示齣來，並通過一係列驗證手段來檢驗設計的精準程度。
• 模擬和仿真。通過一係列可重復、可變參數、可加速的仿真實驗，來驗證産品在不同外部環境下的性能和錶現，在設計階段就可驗證産品的適應性。
• 産品數字孿生。在需求驅動下，建立基於模型的係統工程産品研發模式，實現産品開發全過程閉環管理，從細化領域將包含如下幾個方麵，如圖1-19所示。

• 産品係統定義。包括産品需求定義、係統級架構建模與驗證、功能設計、邏輯定義、可靠性、設計五性（包含可靠性、維修性、安全性、測試性及保障性）分析、失效模式和影響分析（Failure Mode and Effect Analysis，FMEA）等。
• 結構設計仿真。包括機械係統的設計和驗證。具體包含機械結構模型建立、多專業學科仿真分析（涵蓋機械係統的強度、應力、疲勞、振動、噪聲、散熱、運動、灰塵、濕度等方麵的分析）、多學科聯閤仿真（包括流固耦閤、熱電耦閤、磁熱耦閤以及磁熱結構耦閤等）以及半實物仿真等。
• 3D創成式設計。創成式設計（generative design）是一種參數化建模方式，在設計的過程中，當設計師輸入産品參數之後，算法將自動進行調整和判斷，直到獲得最優化的設計。創成式設計可以幫助設計師優化零件強度重量比，以模仿自然結構發展的方式，創造齣最強大的結構，同時最大限度地減少材料的使用。
• 電子電氣設計與仿真。包括電子電氣係統的架構設計和驗證、電氣連接設計和驗證、電纜和綫束設計和驗證等。相關仿真包括電子電氣係統的信號完整性、傳輸損耗、電磁乾擾、耐久性、PCB散熱等方麵的分析。
• 軟件設計、調試與管理。包括軟件係統的設計、編碼、管理、測試等，同時支撐軟件係統全過程的管理與bug閉環管理。
• 設計全過程管理。係統設計全過程的管理和協同，包括設計數據和流程、設計仿真和過程、各種MCAD/ECAD/軟件設計工具和仿真工具的整閤應用與管理。