先進成形與智能技術(shù) 課件 10.2 數(shù)字孿生實現(xiàn)的技術(shù)路徑

10.2數(shù)字孿生實現(xiàn)的技術(shù)路徑戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設團隊-重型高端裝備制造目錄CONTENTS10.2.1虛擬建模10.2.2虛擬制造10.2.3虛擬映射10.2.4新型信息技術(shù)10.2.1虛擬建模戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設團隊-重型高端裝備制造1虛擬建模物理模型：指客觀存在的實體，如實驗中的飛機模型或船舶模型仿真模型：根據(jù)系統(tǒng)的形式化模型，轉(zhuǎn)化為計算機可執(zhí)行的模型形式化模型：指采用規(guī)范表述方法構(gòu)建的模型，用數(shù)學方法抽象

原型的功能或結(jié)構(gòu)特征戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設團隊-重型高端裝備制造2虛擬模型了解或設計系統(tǒng)的內(nèi)在特性數(shù)學模型物理模型數(shù)學-物理效應模型控制理論、相似理論、信息處理技術(shù)和計算機處理技術(shù)等理論基礎，計算機和其他專用物理效應設備的硬件支持。實驗10.2.1虛擬建模支持戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設團隊-重型高端裝備制造310.2.1虛擬建模虛擬建模方法靜態(tài)/動態(tài)建模連續(xù)/離散建模隨機/確定性建模面向?qū)ο蠛投嘀悄荏w仿真建模戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設團隊-重型高端裝備制造410.2.1虛擬建模虛擬模型模擬預測性能優(yōu)化戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設團隊-重型高端裝備制造5虛擬制造（VirtualManufacturing,VM）10.2.2虛擬制造

虛擬制造是一種集成的仿真技術(shù)，它基于虛擬現(xiàn)實和仿真技術(shù)，對產(chǎn)品設計、生產(chǎn)過程進行統(tǒng)一建模，并在計算機上實現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期的模擬仿真。特點：模型化：虛擬制造以模型為核心，依賴于產(chǎn)品模型、過程模型、活動模型和資源模型等多種模型。集成化：通過集成異構(gòu)模型，虛擬制造實現(xiàn)了對產(chǎn)品和生產(chǎn)系統(tǒng)相關(guān)元素的統(tǒng)一建模。擬實化：虛擬制造追求仿真結(jié)果的高可信度和人機交互的自然化，其中虛擬現(xiàn)實（VR）技術(shù)是改善人機交互自然化的重要手段。戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設團隊-重型高端裝備制造6虛擬制造設計性虛擬制造：側(cè)重于產(chǎn)品設計階段，通過引入制造信息，實現(xiàn)對

設計的可制造性分析和優(yōu)化控制性虛擬制造：側(cè)重于系統(tǒng)控制，通過仿真全系統(tǒng)的控制模型和現(xiàn)

實加工過程，優(yōu)化組織、調(diào)度與控制策略生產(chǎn)性虛擬制造：側(cè)重于生產(chǎn)過程，通過仿真技術(shù)實現(xiàn)制造方案的快

速評價和生產(chǎn)過程的優(yōu)化10.2.2虛擬制造戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設團隊-重型高端裝備制造710.2.2虛擬制造基礎認知實訓提高綜合分析實驗虛擬仿真實驗戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設團隊-重型高端裝備制造810.2.2虛擬制造虛擬制造數(shù)字孿生推動制造業(yè)邁向更高智能化、自動化層次戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設團隊-重型高端裝備制造9虛擬映射

虛擬映射是一種先進的集成方法，它通過創(chuàng)建物理實體的精確數(shù)字化副本來實現(xiàn)現(xiàn)實世界與數(shù)字世界的無縫對接。這種技術(shù)使得我們能夠在虛擬環(huán)境中模擬、分析和預測物理實體的行為和性能，從而為決策提供支持并優(yōu)化實際的業(yè)務流程。物理對象的實時數(shù)據(jù)采集歷史數(shù)據(jù)先進的算法模型++高度仿真的

虛擬模型當下狀態(tài)不同條件下的表現(xiàn)未來走向反映預測模擬10.2.3虛擬映射戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設團隊-重型高端裝備制造1010.2.3虛擬映射應用工程師和決策者可以在不干擾實際生產(chǎn)過程的情況下，對產(chǎn)品設計、制造過程、維護策略等進行測試和優(yōu)化，在樣機設計的早期階段，它允許設計者、制造者和使用者直觀形象地對產(chǎn)品的數(shù)字原型進行設計優(yōu)化、性能測試、制造仿真和使用仿真戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設團隊-重型高端裝備制造1110.2.3虛擬映射應用能夠提供跨地域、跨部門的協(xié)作平臺。不同的團隊可以共享同一個虛擬模型，進行協(xié)同工作，共同分析問題和制定解決方案戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設團隊-重型高端裝備制造1210.2.3虛擬映射虛擬映射機器學習人工智能模擬現(xiàn)狀自主進化10.2.4新型信息技術(shù)10.2.4新型信息技術(shù)戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設團隊-重型高端裝備制造13工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)1大數(shù)據(jù)及智能算法2云計算3VR/AR/MR4工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)

戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設團隊-重型高端裝備制造14

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是實現(xiàn)設備、控制系統(tǒng)、信息系統(tǒng)、人、產(chǎn)品之間網(wǎng)絡互聯(lián)的關(guān)鍵綜合信息基礎設施。它通過工業(yè)大數(shù)據(jù)的深度感知和計算分析，實現(xiàn)整個工廠的智能決策和實時動態(tài)優(yōu)化。

重要性

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺是工業(yè)全要素鏈接的樞紐，是工業(yè)資源配置的核心，為制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供驅(qū)動力。10.2.4新型信息技術(shù)大數(shù)據(jù)及智能算法

戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設團隊-重型高端裝備制造15

大數(shù)據(jù)是信息技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，在數(shù)字孿生中扮演著基礎性的角色，具有海量、高增長率和多樣化的特征。

智能算法是數(shù)字孿生中的大腦，它們利用大數(shù)據(jù)提供的信息來進行決策支持。大數(shù)據(jù)

技術(shù)數(shù)據(jù)采集和預處理數(shù)據(jù)儲存和管理數(shù)據(jù)分析和挖掘應用范圍：

預測設備故障，優(yōu)化生產(chǎn)調(diào)度，自動調(diào)整生產(chǎn)線參數(shù)以提高效率和質(zhì)量，或者在供應鏈管理中進行需求預測和庫存優(yōu)化10.2.4新型信息技術(shù)云計算

戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設團隊-重型高端裝備制造16

云計算提供了一種通過網(wǎng)絡按需獲取計算資源的模式。云計算基礎設施即服務(IaaS)平臺即服務(PaaS)軟件即服務(SaaS)云計算的彈性可擴展性、集中化處理、存儲與共享數(shù)據(jù)的能力，為數(shù)字孿生系統(tǒng)的實施提供了基礎平臺。10.2.4新型信息技術(shù)VR/AR/MR戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設團隊-重型高端裝備制造17

虛擬現(xiàn)實(VR)、增強現(xiàn)實(AR)和混合現(xiàn)實(MR)技術(shù)為用戶提供沉浸式體驗，將虛擬場景和現(xiàn)實世界融合，實現(xiàn)物理、虛擬世界的實時交互。