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科普中国:数字孪生|解读之三:数字孪生能做什么?

来源:水利部网站 发布日期:2022-09-14
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  数字孪生已引起各行各业的重视,其中最受关注的行业是制造、城市管理、电力、医疗,用于支持智能制造、智慧城市、新型电力系统和精准医疗。在此介绍这四个行业的数字孪生应用。

  数字孪生支撑智慧城市

  在城市数字孪生建设方面,新加坡走在前列。新加坡政府耗资7300万新元,创建了整座城市的实时数字孪生,政府人员可以在政策真正实施之前,在数字孪生上进行虚拟实验,并测试各种场景。新加坡城市数字孪生有如下特点:

  (1)联合协作。利益相关者都能够访问数字孪生。拥有权限安全、命名规范、数据标准和访问许可的单一可信来源。

  (2)数据准确和唯一性。随着资产的构建、维护或更换,每个细节都必须更新,通过嵌入在基础设施中的传感器,数字孪生可以随时保持数据更新,保证数据准确和唯一性。

  (3)具有模拟和预测功能。可模拟物理资产所面临的场景,包括经济、效率和环境影响。增强现实、三维可视化和现实建模等沉浸式体验,为用户提供了可操作的见解。

  此外,英国在BIM基础上建立一个公共基础设施的国家数字孪生模型;意大利热那亚市莫兰迪桥倒塌后,创建了数字孪生模型,使用Bentley的开放式建模和模拟应用程序。欧盟也在建设城市数字孪生,用于能源和CO2模拟,污染和交通的实时监测,城市规划和运营,资产管理等,带来更高的运营效率、更好的危机管理、更明智的决策、更具参与性的治理,让城市更具流动性和宜居性。

  数字孪生支撑智能制造

  应用数字孪生技术,对制造中涉及的产品、现场、过程和人,进行实时模拟并实现协同管理。对于产品,需关注其全生命周期,从设计到投运、在用户环境中的运行维护,直到报废;对于现场,需建立工厂、车间的虚拟现场-模拟复杂的制造和运行环境;过程是指整个的制造和运行过程;对于人而言,不仅要模拟人的行为,还需要把工作信息发送给工作人员,或将工作人员的信息传送过来,改善效率和质量。


  


  数字孪生支撑智能制造

  特斯拉在电动汽车制造中应用了数字孪生技术。特斯拉拥有其制造的每辆汽车的数字孪生,用于在汽车和工厂之间不断交换数据。特斯拉通过这些数字孪生,不断调整和测试产品性能。在自动驾驶方面,特斯拉创建驾驶员及其行为、汽车及其行为方式、道路上的其他汽车和道路本身的数字孪生。通过捕获大量数据和深入分析这些数据,有助于解释自动驾驶中人、车的复杂行为,实现车辆的自动驾驶。

  数字孪生支撑精准医疗

  在现代医疗中,诊断方案往往依赖于对少数病例的试验结果,未必适合每个个体。应用数字孪生技术,可以通过监测、处理和整合来自医用可穿戴设备、模型数据组、医疗影像和电子病历等大量数据生成个体的数字孪生。用数千种药物对这些数字孪生体进行计算治疗,以确定性能最好的药物。

  基于数字孪生的精准医疗的原则是:“可以在计算机模型上犯错误而不是在人身上”。

  数字孪生支撑新一代电力系统

  


  数字孪生应用于新一代电力系统的典型场景

  数字孪生在电力系统有很好的应用前景,应用场景很多,几乎可覆盖电力系统的各个环节、各个技术领域。

  发电环节,数字孪生可应用于短期新能源发电功率预测,风机、光伏系统故障诊断、抽水蓄能机组故障检测和识别。

  在输配电系统,借助数字孪生,可实现输电网和配电网的实时在线仿真,实现仿真的保真性。

  针对输变电设备,应用数字孪生,可进行电缆健康评估、变电站/变压器运维。

  电池储能的应用越来越广泛,在电池储能运行中,需了解电池的SoH和SoC情况,建立数字孪生可对SoH和SoC进行实时精准评估,不仅可应用于电网用储能,也可应用于电动汽车储能。

  在用户侧,通过建立综合能源系统数字孪生、供电系统的数字孪生,提高能源管理水平。

  在调控环节,应用数字孪生,可以建立毫秒级变化的电力系统数字孪生,实时在线实时仿真,建立源网荷储数字孪生,支持源网荷储协同管理。

  小结:

  目前数字孪生的热点应用行业是智慧城市、智能制造、精准医疗和新一代电力系统,已有较多成功应用案例。数字孪生在行业的应用价值,主要体现在支持高效科学的诊断、预测和决策,提高过程和人的效率,提高各方协同性方面。数字孪生仍在快速发展中,未来在各行各业都有广泛的应用前景。

  图文:中国电力科学研究院人工智能应用研究所 张东霞


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