智能设备数字孪生应用 课件 1 数字孪生的定义、核心要素

智能设备的数字孪生数字孪生的定义数字孪生的特征数字孪生的应用1.11.21.3第一章

数字孪生的基础技术1.4数字孪生的发展与意义知识目标：本章学习目标

掌握数字孪生的一般定义与特征

理解数字孪生的数字孪生的核心要素

了解数字孪生的背景与应用

能说出数字孪生发展的历程与数字孪生的不同应用场景

能理清数字孪生的核心要素之间的联系

能正确描述数字孪生的特征

培养学生对知识的获取方法与联想能力

培养学生自学的方法与途径

思政目标：了解我国数字孪生市场规模，我国将数字经济作为发展的重要方向，智能制造是我国

工业的发展重要方向。数字孪生赋能智慧城市、智慧交通、智能制造、智慧流域等重要的行业中。能力目标：素养目标：数字孪生的定义1.1课前思考请同学们思考：在我们的生活中，有哪些与数字经济相关的事件？1.1数字孪生的定义数字经济引领各行各业的发展。网上购物线上预约门诊线上购票选座1.1数字孪生的定义随着互联网、大数据、人工智能等新技术越来越深入人们的日常生活，人们投入到网络游戏、社交网络、电子商务、数字办公的时间在不断的增多，个体也越来越多地以数字身份出现大力发展数据经济已经成为国家助推经济高质量发展的重要手段，我国的数字经济总体框架框架已经基本构建。1.1数字孪生的定义数字孪生(DigitalTwin)通俗来讲：指物理世界中的物体，通过数字化的手段构建出一个在数字世界中一模一样的实体，由此来实现对物理实体的了解、分析和优化。专业角度：指利用物理模型、传感器更新、运动历史等数据，聚集多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映了实体装备的全生命周期的过程。数字孪生是一种数字化理念和技术手段它以数据与模型的集成融合为基础与核心，通过在数字空间实时构建物理对象的精准数字化映射，基于数据整合与分析预测来模拟、验证、预测、控制物理实体全生命周期过程，最终形成智能决策的优化闭环。1.1数字孪生的定义1.1数字孪生的定义1.1.1发展的背景2010年美国国家航空航天局利用数字孪生技术极大的降低了航天器的研发成本2011年美国空军实验室提出了数字孪生（DigitalTwin），主要用于战斗机维护工作的数字化2019年西门子正在研发AI驱动的数字孪生技术，通过数字技术了解患者的监考状况并预测治疗方案的效果2020年全球数字孪生市场规模为31亿美元，预计全球数字孪生市场将以58%的复合年增长率增长，到2026年将达到482亿美元1.1数字孪生的定义波音777客机研发中应用了数字孪生模型《失控玩家》电影场景数字孪生是指充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。数字孪生也被称为数字映射、数字镜像。数字孪生是集成了人工智能（AI）和机器学习（ML）等技术，将数据、算法和决策分析结合在一起，建立模拟，对实体进行虚拟映射。数字孪生是形成物理世界中某一生产流程的模型及其在数字世界中数字化镜像的过程和方法010203041.1数字孪生的定义1.1.2数字孪生定义1.1数字孪生的定义1.1.3数字孪生的核心要素核心要素模型数据链接服务/功能物理数字孪生是三维模型、是物理实体的复制或是虚拟样机数据是数字孪生的最核心的要素数字孪生是工业互联网平台或者物联网平台，他们的侧重点为从物理世界到虚拟世界的感知接入、可靠传输、智能服务。数字孪生是仿真，是虚拟验证，是可视化，这类的认识是从功能需求角度出发，对数字孪生的功能和服务进行解读。物理实体是数字孪生的重要组成部分，数字孪生的模型、数据、功能/服务与物理实体对象是密不可分的。010203041.1数字孪生的定义1.1.4工业4.0”术语中的数字孪生定义工业1.0蒸汽机时代工业2.0电气化时代工业3.0信息化时代工业4.0则运用信息化技术促进产业革命的时代，也就是智能化时代1.1数字孪生的定义1.1.4工业4.0”术语中的数字孪生定义(1)中国制造与工业4.0的关系2015年，国务院的《中国制造2025》部署要全面推荐实施制造强国战略，目前工业4.0已经进入了中德合作新时间，在有关工业4.0合作内容中，其中第一条就明确的提出了工业生产数字化。工业4.0是支持工业领域新一代革命性技术的研发和创新，它与国内的经济转型升级、制造业转型升级紧急结合在一起，他们的发展趋势一致，特别在工业化、信息化量化融合的高度契合。基于工业4.0受益的行业传感器机器视觉云计算智能机床传感器1.1数字孪生的定义1.1.4工业4.0”术语中的数字孪生定义(2)工业4.0与数字孪生的关系工业4.0涉及到人工智能（AI）、物联网（loT）、机器人技术、无人机、无人驾驶汽车、虚拟现实（VR）、5G、云计算、机器视觉、人工智能等关键技术融合的的新一代工业革命。1.1数字孪生的定义1.1.4工业4.0”术语中的数字孪生定义从工业4.0关键技术关系图中可知：在工业4.0的数字孪生是指在利用先进建模和仿真工具构建的，覆盖产品全生命周期和价值链，从基础材料、设计、工艺、制造使用维护全部环节，集成