数字孪生技术的应用及进展

数字孪生技术是以各行业中日益增长的数据库存为基础,结合各行业的数字手段,构建物理实体在虚拟空间中的孪生体模型,并基于模型结合虚拟空间技术对物理空间发展做出指导性预测。首先介绍了数字孪生技术的起源,以及数字孪生技术的分层理念和关键技术,并对国内外各行业的基于数字孪生技术的具体应用进行了分析,归纳了数字孪生技术出现的原因和能够解决的问题;然后结合现有研究成果,分析了该技术目前存在的困境,并对其未来发展趋势进行了展望。     

数字孪生技术在土木工程中的应用：综述与展望

随着工业4.0概念的发展，数字孪生技术(digital twin)已经成为智能制造和产品全寿命周期管理相关领域的主要数字化解决手段。在工程建设领域，提升土木工程结构数字化防灾能力和管理水平是未来智慧城市建设的重要环节。建立精确可靠的数字孪生模型，一方面，可以帮助实现工程灾害的精准防控和重大灾害事故的风险识别预警；另一方面，数字孪生也为未来城市的数字化建设和管理提供了技术基础。本文首先对数字孪生技术的基本概念和阶段性发展成果进行梳理，总结了在土木工程领域里孪生数据获取和构建数字孪生体的技术手段。最后，从结构运营评估、灾害仿真推演和数字孪生城市建设三个领域来回顾与展望数字孪生技术在土木工程领域的应用进展。     

数字孪生技术在土木工程中的应用：综述与展望

随着工业4.0概念的发展，数字孪生技术(digital twin)已经成为智能制造和产品全寿命周期管理相关领域的主要数字化解决手段。在工程建设领域，提升土木工程结构数字化防灾能力和管理水平是未来智慧城市建设的重要环节。建立精确可靠的数字孪生模型，一方面，可以帮助实现工程灾害的精准防控和重大灾害事故的风险识别预警；另一方面，数字孪生也为未来城市的数字化建设和管理提供了技术基础。本文首先对数字孪生技术的基本概念和阶段性发展成果进行梳理，总结了在土木工程领域里孪生数据获取和构建数字孪生体的技术手段。最后，从结构运营评估、灾害仿真推演和数字孪生城市建设三个领域来回顾与展望数字孪生技术在土木工程领域的应用进展。     

数字孪生技术在土木工程中的应用：综述与展望

随着工业4.0概念的发展，数字孪生技术(digital twin)已经成为智能制造和产品全寿命周期管理相关领域的主要数字化解决手段。在工程建设领域，提升土木工程结构数字化防灾能力和管理水平是未来智慧城市建设的重要环节。建立精确可靠的数字孪生模型，一方面，可以帮助实现工程灾害的精准防控和重大灾害事故的风险识别预警；另一方面，数字孪生也为未来城市的数字化建设和管理提供了技术基础。本文首先对数字孪生技术的基本概念和阶段性发展成果进行梳理，总结了在土木工程领域里孪生数据获取和构建数字孪生体的技术手段。最后，从结构运营评估、灾害仿真推演和数字孪生城市建设三个领域来回顾与展望数字孪生技术在土木工程领域的应用进展。     

基于数字孪生技术的“智慧虚拟现实与元宇宙”课程教学改革探索

近年来数字孪生技术在工业领域迅速发展的同时也拓展到教育教学领域。为适应新时期高等教育发展的新形势,将最新的科学技术引入教育教学改革,进行基于数字孪生技术的课程教学改革探索。在分析传统课程教学问题的基础上,以“智慧虚拟现实与元宇宙”专业选修课为教学改革对象,基于数字孪生技术进行教学设计,依据教学改革实施路线及其教学实践效果,探讨基于数字孪生和神经网络的教学改革效果评价方法,期望对新时期人才培养和提升教育教学效果提供参考和借鉴。     

工业锅炉数字化设计与数字孪生综述

概述工业锅炉设计的特点和引入数字孪生技术的必要性. 通过对工业锅炉数字化设计技术的发展和研究现状的综述,提出以设计过程优化为核心、以数字孪生为基础的新一代工业锅炉数字化设计技术是提升工业锅炉设计能力和综合性能的关键. 分析数字孪生技术在工业锅炉设计中的应用特点,总结数字孪生驱动的工业锅炉数字化设计的三大关键技术问题：面向设计过程多元信息表达的工业锅炉数字孪生建模技术;基于人机交互与虚拟现实智能验证的设计过程优化技术;面向全生命周期的工业锅炉数字孪生数据管理技术. 在此基础上,提出数字孪生驱动的工业锅炉数字化设计技术框架,以期为面向高性能工业锅炉的数字化设计技术研究和应用提供思路和有价值的参考.     

仿生视角的数字孪生系统信息安全框架及技术

为了推动工业信息安全防御模式从静态的被动防御向主动防御转变,缓解安全专家严重不足与陡增的信息安全需求之间的矛盾,从仿生视角搭建数字孪生系统的信息安全主动防御体系框架,以数字孪生安全大脑为核心,提出以主动防御为目的的5类关键技术：基于云边协同的安全数据交互及协同防御技术、仿生的平行数字孪生系统主动防御技术、仿生的平行数字孪生系统安全态势感知技术、基于免疫系统的数字孪生系统主动防控技术、基于AI的数字孪生系统的反攻击智能识别技术. 给出数字孪生车间信息安全建设的应用案例,验证了数字孪生信息安全在智能制造中的适应性.     

汽车白车身焊接生产线可试验数字孪生体建模方法

为解决可试验数字孪生体在可视化、控制逻辑一致性和数据实时交互方面存在的问题,提出了一种汽车白车身焊接生产线可试验数字孪生体建模方法.通过构建汽车白车身焊接生产线可视化模型、逻辑模型与数据模型,完成了焊接生产线数字孪生体的创建.以某汽车白车身自动焊接生产线为例,对可试验数字孪生体建模方法进行了验证.通过反复试验,得到了物...     

基于数字孪生的装配式钢节点混凝土框架结构建造技术

与传统现浇框架结构相比,装配式钢节点混凝土框架结构建造速度更快,但框架钢连接节点处存在应力突变,因此,有必要采用基于数字孪生的手段监测该实际工程结构的施工过程,以获得钢节点对结构性能的影响。基于BIM、有限元和传感器等技术搭建了基于数字孪生的新型装配式钢节点混凝土框架结构的智能建造框架,从物理数据收集、虚拟模型建立、模型信息交互3个方面提出基于数字孪生的建筑结构智能建造实现方法。在新型装配式钢节点混凝土框架实际工程建造阶段,采用传感器技术实现工程中关键点数据的实时监测,并将其与BIM和有限元数据进行比较,进一步调整与修正物理模型中的框架结构受力情况,最终实现装配式钢节点混凝土框架数字孪生模型的建立和应用。研究表明,该数字孪生模型能有效对新型装配式钢节点混凝土框架结构进行实时监测,实现基于传感器网络和时空参数分析的危险点预测,有效减少资源消耗,为该结构的应用提供有效数据信息。     

电力运行类数字孪生系统稳态逆向建模研究

提出了电力运行类数字孪生系统的一种实现方案,介绍了电力运行类数字孪生系统的特征,搭建了稳态逆向数学模型.基于上述模型的孪生系统在同步态实时跟踪真实系统,在离线运行态准确预测操作的未来趋势,弥补了机理建模与真实系统无关联和大数据分析无法预测未知操作趋势的不足.     

数字孪生变电站框架设计与关键技术研究

随着智能电网快速推进与新技术领域的出现，以变电站为代表的能源互联网系统拓扑结构趋于复杂，传统运维管理模式已经难以满足变电站规划设计、监测分析和运行优化的要求。数字孪生（Digital Twin, DT）技术的发展给电力系统的智能化管理带来诸多便利。然而作为推动能源电力行业数字化、智能化的关键技术，相关研究与应用处于初期起步阶段，将数字孪生技术工程应用于能源电力各业务环节依然存在诸多挑战，亟需开展系统性研究，以突破适应能源电力行业特殊性的数字孪生关键技术。为此，本文以变电站作为应用场景，首先对变电站运维管理现状进行了分析，指出现阶段变电站巡检模式缺陷、模型精度不够、感知参量单一、缺乏对数据的深度挖掘等问题。以此设计了一套涵盖空间信息与设备建模、变电主设备机理建模、智能反馈控制、设备感知网络、基于数据驱动的数字孪生体模型的仿真，以及三维可视化渲染与应用的数字孪生变电站模型框架。然后讨论了变电站数字孪生技术面临的问题与挑战，包括：高性能、低成本、高精度、低功耗、高集成度与智能化的变电站专用传感器研制；海量多源异构数据存储管理与计算资源优化分配；孪生模型精度亟待提升与可解释性缺乏论证；“数据安全”与“数据孤岛”给数据驱动的模型训练带来挑战；高精度实景三维重建与虚拟实体动态更新算法的研究。针对提出的问题与挑战，进而探讨了解决问题的关键技术研究，包括基于压缩感知理论的新工艺、新材料的智能传感器技术；海量多源异构数据分布式云存储技术与以安全私有云为核心的数据管理体系；云边协同计算技术；数据驱动与机理知识融合建模技术；满足隐私保护和数据安全前提下的模型训练技术——可信联邦学习；实景三维重建、点云语义分割、点云动态可视化、虚拟现实等计算机视觉相关技术。结合数字孪生模型设计与关键技术问题的探讨，给出了一套面向工程应用的数字孪生变电站系统设计方案，重点阐述了包括变电站设备实时监测、设备故障诊断与故障预测、运维决策优化与智能反馈控制等典型的应用场景。数字孪生技术与变电业务各环节的深度结合，有助于智慧变电站运维管理发展与效能提升、开辟数字化智能变电站运维管理新模式。进一步，数字孪生技术的发展成熟必将推动整个能源电力行业打破数据、技术壁垒，实现电力全产业链上下游企业的价值、技术协同，构建更大范围的数字孪生系统，具有显著社会效益和战略意义。     

元宇宙：概念、技术及应用研究综述

网络技术、人机交互和人工智能等技术的飞速发展催生了元宇宙,并进一步促进人们物质生活各个方面的数字化转型.2021年是元宇宙元年,元宇宙作为一个新兴的概念受到产业界、学术界、媒体界及公众的广泛关注.本文尝试从技术维度和应用角度深度剖析元宇宙.首先,从定义、起源与发展、特征和关键技术(网络及运算技术、物联网技术、人机交互技术、电子游戏技术、区块链技术、数字孪生技术和其他技术)等多方面对元宇宙的概念及内涵进行论述;然后,讨论了当下布局元宇宙的企业和应用实例;最后,剖析了目前元宇宙发展存在的问题和机遇,并对未来研究与应用进行了展望.通过对元宇宙当前的发展状况、研究趋势进行归纳分析以及科学地评估元宇宙的落地应用,为元宇宙研究人员提供有益的参考和借鉴.     

基于狮群算法的数字孪生车间调度问题优化

针对柔性作业车间调度问题,提出一种基于狮群算法的数字孪生柔性作业车间调度方法。基于实际生产过程的需求,使用狮群算法生成柔性作业车间调度初始方案,建立物理车间与虚拟车间实时交互的数字孪生柔性作业车间调度模型,在搭建的虚拟车间中对初始调度方案根据设备利用率进行方案优化。采用数字孪生模型解决设备故障等车间突发事件对生产进程的影响问题。通过使用真实车间数据对机加工车间生产调度过程试验,结果表明,采用狮群算法求解柔性作业车间调度问题,搜寻能力强,搜索速度快,可以在不同规模的问题中找到更优的解决方案;狮群算法结合数字孪生的柔性作业车间调度方案能够整体优化系统性能,有效处理扰动带来的延长生产时间问题。     

基于深度学习的输变电设备状态检测综述

随着深度学习技术的发展,在电厂输变电设备状态检测上也起到了举足轻重的作用。通过对输变电设备状态检测方法应用特点的研究,概述了各个方法的优缺点及其发展趋势,从而得到了各个方法的突出点及其相互之间的联系。     

物联网技术在输变电设备状态监测中的应用

智能电网是物联网应用的最重要领域之一.在分析物联网概念及研究热点的基础上,初步探讨物联网在智能电网中输变电设备在线监测、电动汽车和智能家居的应用前景,以输变电设备智能监测、状态评估和全寿命周期管理为背景,提出包括智能感知层、数据通信层、信息整合层和智能应用层的输变电设备物联网体系架构,并详细探讨体系架构中所涉及到的若干关键技术,主要包括一体化智能监测装置、编码和标识体系、通信技术、全景信息建模、信息处理技术、全寿命周期管理、安全威胁与措施以及标准化,指出这些技术的研究方向和存在问题.     

面向可重构制造的数字孪生映射建模与监控仿真

针对数字孪生在可重构制造系统（RMS）的应用问题,提出面向RMS的数字孪生与制造仿真一体化平台（DTMSIP）架构. DTMSIP架构充分适配RMS动态重构特性,可以在RMS构型设计中实现仿真分析. 对面向RMS的数字孪生映射进行建模,通过引入孪生实体（TE）,实现RMS车间的多源异构数据集成,并分别建立机床与构型的数字孪生映射. 建立数字孪生方法在RMS重构中的应用流程,通过信息物理融合迭代与构型仿真优化迭代,DTMSIP可以服务于RMS的系统重构. 为了验证所提出方法的可行性,使用虚幻引擎四（UE4）为一套实际的模块化RMS构建数字孪生平台,并将当前构型以及4种规划构型作为仿真输入. 通过分析重构成本、生产周期与系统平衡率3项指标,实现对构型的量化综合分析,实现了重构设计流程加速.     

元宇宙技术发展综述及其在建筑领域的应用展望

新冠疫情的暴发使得人们的活动越来越多地向线上转移,元宇宙概念热潮的出现使得基于虚拟数字世界的生产生活模式越来越多地受到人们关注。目前,元宇宙概念已经在教育、商业、工业等领域有所应用。随着建筑信息化、数字化技术的广泛应用,建筑行业智能化水平不断提高,虚拟数字技术在建筑行业发展中扮演着越来越重要的角色。对元宇宙概念的最新发展和应用进行介绍,重点阐述元宇宙与建筑信息化技术的关系以及元宇宙在建筑领域的潜在应用。分析结果表明,元宇宙的发展依赖于拓展现实、数字孪生、区块链等既有数字化技术的集成,作为一种新技术,元宇宙将为建筑领域的生产方式带来新的改变,也可能催生新的产业模式。