數字孿生技術在裝備全壽命費用管理領域的應用

張大維

(海軍研究院,北京 100072)

1 數字孿生技術基礎

1.1 數字孿生概念演進

1992年,耶魯大學教授Gelernter在其著作《鏡像世界》中,描繪了一種完全以軟件定義的虛擬世界。盡管當時還未明確提出數字孿生這一名詞,但其含義和后來對數字孿生的定義已經相當相似。作者在書中指出的鏡像世界,是由大量代表真實世界實體和運動的軟件所組成的龐大模擬系統,它運行于虛擬的計算機環境中,利用海量數據源源不斷地涌入模型,模擬了真實世界中每時每刻的運動。

2002年,美國學者Grieves在密歇根大學和國家宇航局的講座上,第一次明確提出了數字孿生(Digital Twin)概念,并指出,針對日益增多的復雜實體系統,為了預測并優化其系統特性,可以在虛擬空間建立一種與之相對應的數字化模型,并利用動態信號使之和產品物理實體聯系在一起,以幫助人們更好地認識產品實體與其背后包含的復雜信息之間的關聯。因為當時的科技條件以及數據收集能力的限制,數字孿生在早期僅作為一種顛覆性的概念。在接下來的十幾年中,隨著大批虛擬開發工具的不斷涌現,產品的設計、制造和維修等過程都受益于信息技術發展,不僅實現了用超現實的方式描繪物理實體的幾何細節,還可以利用模擬仿真預測其特性。與此同時,隨著大量無損檢測技術的使用,增加了對產品中運行數據的采集,也給數字孿生技術的發展帶來了新契機。2012年,在第53屆美國宇航協會國際學術會議上,由美國宇航局的Glaessgen與美國空軍的Stargel共同發表文章,從學術上對數字孿生進行了定義。……