工业4.0是基于CPS的工业革命,CPS应用领域遍及农业、楼宇、能源、制造、交通运输等行业,交互是CPS最主要的特征。CPS是把人、机、物互联,实体与虚拟对象双向连接,以虚控实,虚实融合。以实现敏捷性和柔性、智能生产。CPS是虚实融合。“实”是指人、机、物,而“虚”则指“数字孪生”。 数字孪生(Digital Twin)是物理实体的数字化映像。它是从设计/仿真,延伸到产品全生命周期。CPS内涵中的虚实双向动态连接,有两个步骤,一是虚拟的实体化,如设计一件东西,先进行模拟、仿真,仿真再制作出来;二是实体的虚拟化,实体在使用、运行的过程中,把状态反映到虚拟端去,通过虚拟方式进行判断、分析、预测和优化。 1. 什么是数字孪生 “到了2035年,当航空公司接收一架飞机的时候,将同时还验收另外一套数字模型。每个飞机尾号,都伴随着一套高度详细的数字模型。”美国《航空周报》曾做出这样的预测。每一特定架次的飞机都有一个忠诚的影子,从不消失,伴随一生。这就是数字孪生。 2. 概念及来源 数字孪生,是以数字化方式为物理对象创建的虚拟模型,来模拟其在现实环境中的行为。也被称为“数字镜像”,“数字双胞胎”或“数字化映射”。通过搭建整合制造流程的数字孪生生产系统,能实现从产品设计、生产计划到制造执行的全过程数字化,将产品创新、制造效率和有效性水平提升至一个新的高度。 数字孪生从虚拟制造、数字样机等技术上发展而来,原本是美国军方在航天系统研究中提出来的,现在已经拓展到智能制造、预测设备故障以及改进产品等多个领域。…