软考 系统架构设计师之回归及知识点回顾(4)

接前一篇文章:软考 系统架构设计师之回归及知识点回顾(3)

继续回顾一下之前已经介绍和讲解过的系统架构设计师中的知识点:

9. 数字孪生体

数字孪生体的定义如下:

数字孪生体现有或将有的物理实体对象数字模型 ,通过实测仿真数据分析实时感知诊断预测 物理实体对象的状态,通过优化和指令调控物理实体对象的行为 ,通过相关数字模型间的交互学习进化自身 ,同时改进利益相关方在物理实体对象生命周期内的决策

将"Digital Twin"译为"数字孪生体"。加上这个"体"字,是为了借用中文"体"字语义的模糊性来应对和减少Digital Twin译成中文时在不同使用场景下的不确定性。"体"字的中文语义的模糊性表现在它有两种含义:

(1)事物的本身或全部,如物体(object)、实体(entity);

(2)事物的格局或规矩,如体制、体系。中文中,体系一词也是多义词;系统(system),如技术体系;系统之系统(system of systems),如体系工程。

"数字孪生体"这个术语有如下几种使用场合和含义:

(1)Digital Twin这一现象背后所包含的技术体系所代表的跨学科工程领域 ,以及作为通用目的技术引发的商业、经济和社会影响体系,如数字孪生体时代。

(2)物理实体对象的某种数字化孪生模型的抽象类型或实例 ,如数字孪生体可以分为数字孪生原型体数字孪生实例体数字孪生聚合体

(3)具体应用场景下物理实体对象的数字化孪生模型,如某个或某类产品、工厂、城市、产业、战场等的数字孪生体。此时,如果是强调物理实体对象或者物理实体与数字孪生体并重,也可以将数字孪生作为形容词定语,放在物理实体对象之前,而不用"体"字,相当于英文的digitally twinned。例如,数字孪生制造、数字孪生城市等。

(4)在某些物理实体与数字孪生体并重的场合,如架构设计或实现等,可将数字孪生体与对应物理实体对象及相关使能实体对象所构成的系统称为数字孪生系统

数字孪生体技术是跨层级、跨尺度现实世界和虚拟世界 建立沟通的桥梁 ,是第四次工业革命的通用目的技术和核心技术体系之一 ,是支撑万物互联的综合技术体系 ,是数字经济发展的基础 ,是未来智能时代的信息基础设施。未来十年将成为"数字孪生体时代"。

数字孪生体的发展历程,可以分为四个阶段

(1)1960-21世纪初

是数字孪生体的技术准备期 ,主要是指CAD/CAE建模仿真传统系统工程预先技术的准备。

(2)2002-2010年

是数字孪生体的概念产生期 ,指数字孪生体模型的出现英文术语名称的确定 。这段期间,预先技术继续成熟,出现了仿真驱动的设计 、**基于模型的系统工程(MBSE)**等先进设计范式。

(3)2010-2020年

是数字孪生体的领先应用期 ,主要指NASA、美军方和GE等航空航天、国防军工机构的领先应用。这段时间也是物联网大数据机器学习区块链云计算 等外围使能技术的准备期。目前数字孪生体的定义不下20个,大部分IT厂商、工业巨头和咨询机构都有自己的定义或自身业务相关的数字孪生体解决方案。从2018年开始,ISO、IEC 、IEEE三大标准化组织陆续开始着手数字孪生体相关标准化工作。

(4)2020-2030年

是数字孪生体的深度开发和大规模扩展应用期 。可以看出,PLM领域、或者说以航空航天为代表的离散制造业,是熟悉孪生体概念和应用的发源地。目前,数字孪生体技术的开发正与上述外围使能技术深度融合,其应用领域也正从智能制造业等工业化领域 向智慧城市、数字政府等城市化、全球化领域拓展。

数字孪生体的三项核心技术 为:建模仿真基于数据融合的数字线程 。能够做到统领建模、仿真和数字线程的系统工程和MBSE(Model-Based Systems Engineering基于模型的系统工程) ,则成为数字孪生体的顶层框架技术物联网 是数字孪生体的底层伴生技术 ,而云计算、机器学习、大数据、区块链则成为数字孪生体的外围使能技术

数字孪生体主要应用于制造产业城市战场

(1)制造

  • 产品设计阶段

产品的设计 阶段,使用数字孪生体可提高设计的准确性 ,并验证产品在真实环境中的性能 ,主要功能包括数字模型设计、模拟和仿真

  • 产品制造阶段

产品的制造 阶段,使用数字孪生体可以使产品导入时间短提高设计质量降低生产成本加快上市速度

(2)产业

数字孪生体以云计算、大数据、物联网、人工智能和区块链等IT和DT使能技术为支撑,与行业趋势和产业升级需求相结合,构建实体的数字镜像。通过多种组合集成形式,按照数化、互动、先知、先觉、共智的顺序深入应用,最终实现"服务型制造 "和"数字经济 "等产业发展目标。数字孪生体在全产业链 上的应用,除研发和制造领域 外,还在市场营销供应链物流维保服务三大领域发挥巨大作用。

(3)城市

数字孪生体在城市建设与发展的核心价值 在于,它能够在现实世界和数字世界之间全面建立实时联系,进而对城市物理实体全生命期的变化进行数字化、模型化和可视化

(4)战场

数字孪生体作为一种新理论和新技术在战争应用的作用谓之于"察" ,使战争进行和战争效果显性化 ,从而辅助于战争决策 ,数字孪生体技术在军事方面的应用又可以分为单体装备应用战场综合应用。军事战争从上到下可以分为战略(决策)、战役、战术三个层次,从未来和理想角度上讲,数字孪生体技术应当满足所有战争层面的应用。

余下的知识点回顾请看下回:

10. 边缘计算

11. 云计算

12. 大数据

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