建模與仿真 (MODSIM) 與數(shù)字孿生的深度集成，在各行各業(yè)中既帶來了重大的技術(shù)挑戰(zhàn)，也提供了變革性的機(jī)遇?？朔@些障礙對(duì)于釋放數(shù)字孿生的全部潛力至關(guān)重要，從而增強(qiáng)決策能力、優(yōu)化流程并推動(dòng)創(chuàng)新。

1、技術(shù)挑戰(zhàn)

集成 MODSIM 與數(shù)字孿生涉及應(yīng)對(duì)多項(xiàng)技術(shù)復(fù)雜性：

數(shù)據(jù)集成與一致性： 一個(gè)主要挑戰(zhàn)在于集成來自不同來源的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)通常格式不一致。確保數(shù)據(jù)質(zhì)量也至關(guān)重要，因?yàn)椴煌臄?shù)據(jù)質(zhì)量會(huì)直接影響數(shù)字孿生的準(zhǔn)確性。

模型復(fù)雜性： 為復(fù)雜系統(tǒng)開發(fā)數(shù)字孿生模型本身就具有挑戰(zhàn)性。此外，通常需要進(jìn)行多物理場仿真以構(gòu)建全面的數(shù)字孿生，這需要大量的計(jì)算資源。

實(shí)時(shí)性要求： 滿足實(shí)時(shí)性要求會(huì)帶來困難，包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理和仿真中的延遲。在高并發(fā)數(shù)據(jù)處理中也可能出現(xiàn)性能瓶頸。

模型驗(yàn)證與校準(zhǔn)： 全面驗(yàn)證復(fù)雜數(shù)字孿生模型的準(zhǔn)確性非常困難。參數(shù)調(diào)整和校準(zhǔn)過程也很復(fù)雜。

2、解決方案

解決這些技術(shù)挑戰(zhàn)需要聚焦于數(shù)據(jù)、模型和基礎(chǔ)設(shè)施的戰(zhàn)略性解決方案：

數(shù)據(jù)管理與標(biāo)準(zhǔn)化： 建立統(tǒng)一平臺(tái)對(duì)于集中化數(shù)據(jù)管理和標(biāo)準(zhǔn)化至關(guān)重要。應(yīng)用數(shù)據(jù)清洗和預(yù)處理技術(shù)可以提高數(shù)據(jù)質(zhì)量。利用集成框架可確保來自不同來源的數(shù)據(jù)無縫合并。

模型簡化與優(yōu)化： 根據(jù)特定應(yīng)用場景簡化模型有助于平衡準(zhǔn)確性和計(jì)算效率?？梢圆捎媚Ｐ徒惦A技術(shù)。利用并行和分布式計(jì)算可提高性能，應(yīng)對(duì)復(fù)雜仿真。

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理： 利用邊緣計(jì)算可以實(shí)現(xiàn)本地化數(shù)據(jù)處理，減少延遲。應(yīng)用流式處理有助于進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析。優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸和工作流程可以最大程度地減少延遲。

模型驗(yàn)證與校準(zhǔn)： 構(gòu)建框架以系統(tǒng)地評(píng)估模型準(zhǔn)確性至關(guān)重要。使用歷史數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)有助于模型校準(zhǔn)。實(shí)施在線校準(zhǔn)可以通過實(shí)時(shí)反饋優(yōu)化模型。

圖 1：MODSIM - 數(shù)字孿生集成的技術(shù)挑戰(zhàn)

挑戰(zhàn)包括數(shù)據(jù)格式不一致、數(shù)據(jù)質(zhì)量參差不齊、模型復(fù)雜、計(jì)算資源需求高、實(shí)時(shí)處理延遲、性能瓶頸、模型驗(yàn)證困難以及校準(zhǔn)過程復(fù)雜。

3、集成最佳實(shí)踐

成功集成 MODSIM 與數(shù)字孿生依賴于在項(xiàng)目規(guī)劃和執(zhí)行中采用最佳實(shí)踐。

實(shí)施建議

明確業(yè)務(wù)目標(biāo)： 將集成項(xiàng)目與戰(zhàn)略業(yè)務(wù)成果保持一致。從能夠快速展示價(jià)值的場景開始。

組建跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)： 組建由領(lǐng)域?qū)＜摇?shù)據(jù)科學(xué)家和軟件工程師組成的團(tuán)隊(duì)。促進(jìn)團(tuán)隊(duì)成員之間的有效溝通與協(xié)作。

采用漸進(jìn)式推廣策略： 從簡單的應(yīng)用開始，逐步增加復(fù)雜性。持續(xù)監(jiān)控和改進(jìn)實(shí)施過程。

投資基礎(chǔ)設(shè)施： 確保所需的軟硬件基礎(chǔ)設(shè)施已準(zhǔn)備就緒并具備能力。在整個(gè)集成過程中優(yōu)先考慮數(shù)據(jù)安全和隱私。

建立持續(xù)改進(jìn)循環(huán)： 定期評(píng)估數(shù)字孿生集成所產(chǎn)生的性能和價(jià)值。利用反饋隨著時(shí)間的推移優(yōu)化模型和應(yīng)用。

4、行業(yè)應(yīng)用

MODSIM 與數(shù)字孿生的集成正在改變各行各業(yè)：

制造業(yè)： 達(dá)索系統(tǒng)等公司正在智能汽車工廠中使用數(shù)字孿生，以支持整個(gè)產(chǎn)品生命周期的柔性生產(chǎn)計(jì)劃。

航空航天： 與空中客車公司合作開展的“地球虛擬孿生”項(xiàng)目利用 3DEXPERIENCE 平臺(tái)和衛(wèi)星圖像進(jìn)行城市和環(huán)境建模。

能源與基礎(chǔ)設(shè)施： 基于傳感器數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)水網(wǎng)絡(luò)仿真能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)測性管理，消除傳統(tǒng)系統(tǒng)中的盲點(diǎn)。

醫(yī)療保?。?/span> 患者器官的數(shù)字孿生模型可以實(shí)現(xiàn)個(gè)性化疾病預(yù)測和治療計(jì)劃。

圖 2：數(shù)字孿生的實(shí)際行業(yè)用例

數(shù)字孿生正應(yīng)用于制造業(yè)的生產(chǎn)計(jì)劃、航空航天領(lǐng)域的環(huán)境建模、能源與基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域的預(yù)測性管理以及醫(yī)療保健領(lǐng)域的個(gè)性化治療。

5、未來發(fā)展趨勢

MODSIM 與數(shù)字孿生的未來正在受到幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)趨勢的影響：

與人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)集成： 生成式人工智能正被嵌入平臺(tái)中，用于預(yù)測問題、優(yōu)化資源并縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。

虛擬世界與物理世界的融合： 數(shù)字孿生正成為產(chǎn)品和用戶體驗(yàn)不可或缺的一部分，虛擬與現(xiàn)實(shí)的融合正在定義下一代產(chǎn)品開發(fā)。

沉浸式交互技術(shù)： VisionPro 等技術(shù)正在實(shí)現(xiàn)物理原型制作之前的實(shí)時(shí)全球協(xié)作和沉浸式設(shè)計(jì)。

數(shù)字孿生大眾化： 采用范圍正從高端制造業(yè)擴(kuò)展到智能城市、醫(yī)療保健和可持續(xù)性等行業(yè)，促進(jìn)更廣泛的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

圖 3： MODSIM-數(shù)字孿生未來的技術(shù)趨勢

6、行業(yè)展望

數(shù)字孿生的應(yīng)用正在各行各業(yè)帶來顯著效益：

制造業(yè)： 數(shù)字孿生提高了效率和產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了無壓力測試和場景規(guī)劃。

城市管理： 數(shù)字孿生增強(qiáng)了可持續(xù)城市規(guī)劃。

醫(yī)療保?。?/span> 數(shù)字器官孿生改善了診斷、精準(zhǔn)治療并降低了成本。

可持續(xù)性： 數(shù)字孿生減少了物理測試和資源消耗，促進(jìn)了建筑物中的生命周期材料管理。

圖 4：數(shù)字孿生應(yīng)用對(duì)特定行業(yè)的益處

結(jié)論

MODSIM 與數(shù)字孿生的深度集成標(biāo)志著產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造和服務(wù)方式的重大范式轉(zhuǎn)變。這種融合增強(qiáng)了我們對(duì)物理系統(tǒng)的理解和控制，同時(shí)支持可持續(xù)創(chuàng)新。結(jié)構(gòu)化的實(shí)施方法——包括需求分析、數(shù)據(jù)集成、建模、仿真、實(shí)時(shí)處理和可視化——是成功的關(guān)鍵。盡管存在挑戰(zhàn)，但通過正確的策略可以克服。隨著人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)和邊緣計(jì)算的不斷進(jìn)步，MODSIM 和數(shù)字孿生將繼續(xù)徹底改變各行各業(yè)。企業(yè)應(yīng)積極投資于這些技術(shù)和技能，以保持競爭優(yōu)勢。