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

1、技術(shù)挑戰

集成 MODSIM 與數字孿生涉及應對多項技術(shù)復雜性：

數據集成與一致性： 一個(gè)主要挑戰在于集成來(lái)自不同來(lái)源的數據，這些數據通常格式不一致。確保數據質(zhì)量也至關(guān)重要，因為不同的數據質(zhì)量會(huì )直接影響數字孿生的準確性。

模型復雜性： 為復雜系統開(kāi)發(fā)數字孿生模型本身就具有挑戰性。此外，通常需要進(jìn)行多物理場(chǎng)仿真以構建全面的數字孿生，這需要大量的計算資源。

實(shí)時(shí)性要求： 滿(mǎn)足實(shí)時(shí)性要求會(huì )帶來(lái)困難，包括實(shí)時(shí)數據處理和仿真中的延遲。在高并發(fā)數據處理中也可能出現性能瓶頸。

模型驗證與校準： 全面驗證復雜數字孿生模型的準確性非常困難。參數調整和校準過(guò)程也很復雜。

2、解決方案

解決這些技術(shù)挑戰需要聚焦于數據、模型和基礎設施的戰略性解決方案：

數據管理與標準化： 建立統一平臺對于集中化數據管理和標準化至關(guān)重要。應用數據清洗和預處理技術(shù)可以提高數據質(zhì)量。利用集成框架可確保來(lái)自不同來(lái)源的數據無(wú)縫合并。

模型簡(jiǎn)化與優(yōu)化： 根據特定應用場(chǎng)景簡(jiǎn)化模型有助于平衡準確性和計算效率?？梢圆捎媚Ｐ徒惦A技術(shù)。利用并行和分布式計算可提高性能，應對復雜仿真。

實(shí)時(shí)數據處理： 利用邊緣計算可以實(shí)現本地化數據處理，減少延遲。應用流式處理有助于進(jìn)行實(shí)時(shí)數據分析。優(yōu)化數據傳輸和工作流程可以最大程度地減少延遲。

模型驗證與校準： 構建框架以系統地評估模型準確性至關(guān)重要。使用歷史數據和實(shí)驗數據有助于模型校準。實(shí)施在線(xiàn)校準可以通過(guò)實(shí)時(shí)反饋優(yōu)化模型。

圖 1：MODSIM - 數字孿生集成的技術(shù)挑戰

挑戰包括數據格式不一致、數據質(zhì)量參差不齊、模型復雜、計算資源需求高、實(shí)時(shí)處理延遲、性能瓶頸、模型驗證困難以及校準過(guò)程復雜。

3、集成最佳實(shí)踐

成功集成 MODSIM 與數字孿生依賴(lài)于在項目規劃和執行中采用最佳實(shí)踐。

實(shí)施建議

明確業(yè)務(wù)目標： 將集成項目與戰略業(yè)務(wù)成果保持一致。從能夠快速展示價(jià)值的場(chǎng)景開(kāi)始。

組建跨學(xué)科團隊： 組建由領(lǐng)域專(zhuān)家、數據科學(xué)家和軟件工程師組成的團隊。促進(jìn)團隊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(jiǎn)單的應用開(kāi)始，逐步增加復雜性。持續監控和改進(jìn)實(shí)施過(guò)程。

投資基礎設施： 確保所需的軟硬件基礎設施已準備就緒并具備能力。在整個(gè)集成過(guò)程中優(yōu)先考慮數據安全和隱私。

建立持續改進(jìn)循環(huán)： 定期評估數字孿生集成所產(chǎn)生的性能和價(jià)值。利用反饋隨著(zhù)時(shí)間的推移優(yōu)化模型和應用。

4、行業(yè)應用

MODSIM 與數字孿生的集成正在改變各行各業(yè)：

制造業(yè)： 達索系統等公司正在智能汽車(chē)工廠(chǎng)中使用數字孿生，以支持整個(gè)產(chǎn)品生命周期的柔性生產(chǎn)計劃。

航空航天： 與空中客車(chē)公司合作開(kāi)展的“地球虛擬孿生”項目利用 3DEXPERIENCE 平臺和衛星圖像進(jìn)行城市和環(huán)境建模。

能源與基礎設施： 基于傳感器數據的實(shí)時(shí)水網(wǎng)絡(luò )仿真能夠實(shí)現預測性管理，消除傳統系統中的盲點(diǎn)。

醫療保?。?/span> 患者器官的數字孿生模型可以實(shí)現個(gè)性化疾病預測和治療計劃。

圖 2：數字孿生的實(shí)際行業(yè)用例

數字孿生正應用于制造業(yè)的生產(chǎn)計劃、航空航天領(lǐng)域的環(huán)境建模、能源與基礎設施領(lǐng)域的預測性管理以及醫療保健領(lǐng)域的個(gè)性化治療。

5、未來(lái)發(fā)展趨勢

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

與人工智能和機器學(xué)習集成： 生成式人工智能正被嵌入平臺中，用于預測問(wèn)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： 數字孿生正成為產(chǎn)品和用戶(hù)體驗不可或缺的一部分，虛擬與現實(shí)的融合正在定義下一代產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。

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

數字孿生大眾化： 采用范圍正從高端制造業(yè)擴展到智能城市、醫療保健和可持續性等行業(yè)，促進(jìn)更廣泛的數字化轉型。

圖 3： MODSIM-數字孿生未來(lái)的技術(shù)趨勢

6、行業(yè)展望

數字孿生的應用正在各行各業(yè)帶來(lái)顯著(zhù)效益：

制造業(yè)： 數字孿生提高了效率和產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)實(shí)現了無(wú)壓力測試和場(chǎng)景規劃。

城市管理： 數字孿生增強了可持續城市規劃。

醫療保?。?/span> 數字器官孿生改善了診斷、精準治療并降低了成本。

可持續性： 數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：數字孿生應用對特定行業(yè)的益處

結論

MODSIM 與數字孿生的深度集成標志著(zhù)產(chǎn)品設計、制造和服務(wù)方式的重大范式轉變。這種融合增強了我們對物理系統的理解和控制，同時(shí)支持可持續創(chuàng )新。結構化的實(shí)施方法——包括需求分析、數據集成、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，但通過(guò)正確的策略可以克服。隨著(zhù)人工智能、虛擬現實(shí)和邊緣計算的不斷進(jìn)步，MODSIM 和數字孿生將繼續徹底改變各行各業(yè)。企業(yè)應積極投資于這些技術(shù)和技能，以保持競爭優(yōu)勢。