陳根：數字孿生背後，技術體系龐大_風聞

文|陳根

數字孿生技術的實現依賴於諸多先進技術的發展和應用，其技術體系按照從基礎數據採集層到頂端應用層，可以依次分為數據保障層、建模計算層、功能層和沉浸式體驗層。 

展開來説，數據保障層是整個數字孿生技術體系的基礎，支撐着整個上層體系的運作，其主要由高性能傳感器數據採集、高速數據傳輸和全生命週期數據管理 3 個部分構成。

**其中，**數據是整個數字孿生技術體系的基礎，海量複雜系統運行數據包含用於提取和構建系統特徵的最重要信息，與專家經驗知識相比，系統實時傳感信息更準確、更能反映系統的實時物理特性，對多運行階段系統更具適用性。作為整個體系的最前沿部分，其重要性毋庸置疑。

 建模計算層主要由建模算法和一體化計算平台兩部分構成，通過採用多物理、多尺度的方法對傳感數據進行多層次的解析，挖掘和學習其中藴含的相關關係、邏輯關係和主要特徵，實現對系統的超現實狀態表徵和建模，並能預測系統未來狀態和壽命，依據其當前和未來的健康狀態評估其執行任務成功的可能性。

功能層面向實際的系統設計、生產、使用和維護需求提供相應的功能，包括多層級系統壽命估計、系統集羣執行任務能力的評估、系統集羣維護保障、系統生產過程監控及系統設計輔助決策等功能。

針對複雜系統在使用過程中存在的異常和退化現象，在功能層開展針對系統關鍵部件和子系統的退化建模和壽命估計工作，為系統健康狀態的管理提供指導和評估依據。對於需要協同工作的複雜系統集羣，功能層為其提供協同執行任務的可執行性評估和個體自身狀態感知，輔助集羣任務的執行過程決策。

**作為數字孿生體系的直接價值體現，功能層可以根據實際系統需要進行定製，**在建模計算層提供的強大信息接口的基礎上，功能層可以滿足高可靠性、高準確度、高實時性及智能輔助決策等多個性能指標，提升產品在整個生命週期內的表現性能。 

沉浸式體驗層主要是為使用者提供良好的人機交互使用環境，讓使用者能夠獲得身臨其境的技術體驗，從而迅速瞭解和掌握複雜系統的特性和功能，並能夠便捷地通過語音和肢體動作訪問功能層提供的信息，獲得分析和決策方面的信息支持。

沉浸式體驗層通過集成多種先進技術，實現多物理、多尺度的集羣仿真，利用高保真建模和仿真技術及狀態深度感知**，以及自感知技術構建目標系統的虛擬實時任務孿生體，持續預測系統健康、剩餘使用壽命和任務執行成功率。**

可以説，從建模計算層開始，每一層的實現都建立在前面各層的基礎之上，是對前面各層功能的進一步豐富和拓展。