数字双胞胎

digital twin 的潜在应用取决于它所建模的产品生命周期的哪个阶段。一般而言，数字双胞胎有三种类型：产品、生产和性能。三种数字双胞胎在共同演变时组合和整合被称为数字线程。之所以使用 “线程” 一词，是因为它融入了产品和生产生命周期的各个阶段并汇集了来自这些阶段的数据。

1. 产品数字双胞胎

   产品数字双胞胎以数字形式复制物理产品。它们用于产品设计、测试和模拟。产品数字双胞胎帮助工程师和设计师分析产品在不同条件下的性能，使他们能够在开始实际生产之前优化其设计和功能。

2. 处理数字双胞胎

   过程数字双胞胎模拟和分析物理过程或系统的行为。它们用于监控、控制和优化复杂系统的运营，例如制造工厂、供应链和能源网。流程数字双胞胎使组织能够实时可视化、模拟和分析流程，从而促进更好的决策和性能优化。

3. 系统数字双胞胎

   系统数字双胞胎在数字环境中复制整个系统或生态系统。它们集成了产品、流程和其他组件的多个数字双胞胎，以全面模拟复杂系统的行为。系统数字双胞胎用于对智能城市、交通网络和工业综合体等大型系统进行建模和分析。

与主要用于监控和分析的传统数字双胞胎不同，可执行的数字双胞胎是活跃的动态模型，可以响应输入，模拟场景

并自主或通过人为干预做出决定。可执行的 digital twin（或 xDT）。简而言之，xDT 是芯片上的数字双胞胎。xDT 使用来自嵌入在物理产品中的（相对）少量传感器的数据，使用降阶模型进行实时模拟。通过这些少量的传感器，它可以预测物体上任何位置的物理状态（即使在无法放置传感器的地方）。

实时仿真和互动

xDT 能够实时模拟实物资产或系统的行为和性能。它们可以响应输入，模拟不同的运行条件，并动态地与外部系统或用户进行交互。

自主权和决策

xDT 可以根据预定义的规则、算法或机器学习模型自主做出决策。他们可以分析数据、预测结果并采取行动来优化性能或应对不断变化的情况。

闭环控制

xDT 通常在闭环控制系统中运行，来自传感器和执行器的实时数据反馈到虚拟模型中，以调整参数、优化性能并维持所需的运行条件。

预测分析和优化

xDT 使用预测分析和优化技术来预测未来的行为，识别潜在的问题或机会，并建议改善绩效或降低风险的措施。

与 IoT 和 AI 技术集成

xDT 利用物联网 (IoT) 传感器、连接和人工智能 (AI) 算法来收集实时数据、分析复杂模式并做出明智的决策。它们还可能整合机器学习模型，以实现自适应行为和持续改进。

动态适应和学习

xDT 能够从经验中学习，适应环境或运行条件随时间推移而发生的变化。他们可以根据新的数据和反馈不断更新其模型、参数和策略。

可执行的数字双胞胎可在各个行业中找到应用程序，包括制造业、能源、交通、医疗保健和智慧城市。它们可以在实时监控和控制至关重要的复杂系统中实现预测性维护、自主操作、流程优化和决策支持。总体而言，可执行的数字双胞胎代表了数字双胞胎技术的下一次发展，为实物资产和系统的实时模拟、决策和优化提供了增强的功能。可执行的数字双胞胎是数字双胞胎的高级形式，它不仅代表物理资产或系统的虚拟副本，而且还能够实时执行、仿真虚拟模型并与之交互。

基于物理学的模型

基于物理的可执行文件 digital twin 依赖于描述被复制系统的物理行为的数学模型。这些模型通常基于物理学的基本原理，例如力学、热力学、流体力学、电磁学等。通过求解控制这些物理现象的方程，digital twin 可以模拟虚拟环境中真实世界系统的行为。

模拟物理过程

digital twin 使用基于物理的模型模拟系统内的物理过程和交互。这使它能够预测系统在不同的运行条件、输入和场景下的行为。

实时模拟

基于物理模型的可执行数字双胞胎可以实时或近乎实时地模拟物理系统的行为。这样可以根据系统及其环境的当前状态进行动态交互和决策。

闭环控制

基于物理的可执行数字双胞胎通常在闭环控制系统中运行，其中来自传感器和执行器的实时数据用于调整仿真参数和控制虚拟模型的行为。这使得 digital twin 能够保持所需的运行条件并优化性能。

验证和验证

在可执行数字双胞胎中使用的基于物理的模型必须经过验证和验证，以确保其准确性和可靠性。这包括将仿真结果与现实世界的测量结果和实验数据进行比较，以确认 digital twin 准确地代表了物理系统。

虽然基于物理的建模通常用于可执行的数字双胞胎，但值得注意的是，根据应用程序的具体要求和限制，也可以采用其他建模方法，例如数据驱动建模、经验模型或结合物理学和数据驱动技术的混合模型。

数字双胞胎建模可以是 CAD（计算机辅助设计）软件和仿真软件的一部分，具体取决于相关软件的特定功能和能力。

CAD 软件

CAD 软件主要用于创建物理对象或系统的详细三维模型。在数字双胞胎的背景下，CAD 软件可用于创建物理资产的虚拟表示或几何形状。这包括对物理对象的几何结构、结构、组件和组件进行建模。CAD 软件通常侧重于几何表示和设计意图，允许工程师创建产品或系统的准确虚拟模型。

仿真软件

另一方面，仿真软件用于模拟物理系统在各种条件下的行为和性能。仿真软件可以通过集成实时数据、基于物理的模型和仿真技术来整合 digital twin 建模，从而创建物理资产的虚拟表示。这包括模拟物理系统的动态行为、交互和性能特征。仿真软件侧重于根据基础物理原理分析和预测系统的行为。

实际上，digital twin 建模通常涉及以下组合 CAD 软件 和 仿真软件。CAD 软件用于创建物理资产的几何表示，而仿真软件用于模拟 digital twin 的行为和性能。CAD 和仿真软件之间的集成使工程师能够创建全面的数字双胞胎，准确地表示物理系统及其动态行为。此外，一些软件平台提供集成的解决方案，将 CAD 和仿真功能整合到一个平台中，允许用户在同一环境中无缝地从设计过渡到分析。这些集成解决方案使工程师能够更高效、更有效地创建、仿真和优化数字双胞胎。