美國(guó)空軍和美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）對(duì)數(shù)字孿生的定義為：一種面向飛行器或系統(tǒng)的高集成度多物理場(chǎng)、多尺度、多概率的仿真模型，能夠利用物理模型、傳感器數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)等反映與該模型對(duì)應(yīng)實(shí)體的功能、實(shí)時(shí)狀態(tài)及演變趨勢(shì)。數(shù)字孿生可以幫助減少飛機(jī)認(rèn)證測(cè)試的次數(shù)和持續(xù)時(shí)間、消除意外的裂紋和故障、減少結(jié)構(gòu)維護(hù)檢查的次數(shù)和頻率等，可以與數(shù)字線索共同應(yīng)用于飛機(jī)制造、測(cè)試、運(yùn)營(yíng)和支持、維護(hù)等各個(gè)階段，改變當(dāng)前的飛機(jī)認(rèn)證、管理和維護(hù)方法，從而滿足下一代裝備更輕的質(zhì)量、更極端的服務(wù)條件、更長(zhǎng)的服役時(shí)間等要求，實(shí)現(xiàn)前所未有的經(jīng)濟(jì)性、安全性和可靠性。
數(shù)字孿生的發(fā)展歷程
從根源上分析，數(shù)字孿生的概念起源于美國(guó)阿波羅任務(wù)時(shí)代。NASA建造一個(gè)與實(shí)際飛行飛船大小比例1:1的地面飛船，在地面的飛船中進(jìn)行實(shí)際飛行經(jīng)歷的“所有”操作，以此來(lái)反映實(shí)際飛行中的飛船的狀態(tài)，并為飛船的維護(hù)提供參考。這種方式也可以被稱為物理伴飛。2003年，美國(guó)密歇根大學(xué)教授Michael Grieves博士在產(chǎn)品生命周期管理（PLM）課程上提出，通過(guò)物理設(shè)備的數(shù)據(jù)，可以在虛擬（信息）空間構(gòu)建一個(gè)可以表征該物理設(shè)備的虛擬實(shí)體和子系統(tǒng)，并且這種聯(lián)系不是單向和靜態(tài)的，而是在整個(gè)產(chǎn)品的生命周期中都聯(lián)系在一起，但當(dāng)時(shí)還未將此概念明確為數(shù)字孿生。2003—2005年，Michael Grieves教授將這一概念模型稱為鏡像空間模型，2006—2010年，將其稱為信息鏡像模型。2011年，Michael Grieves與美國(guó)國(guó)家航空航天局John Vickers合著的《幾乎完美：通過(guò)PLM推動(dòng)創(chuàng)新和精益產(chǎn)品》將其正式命名為數(shù)字孿生。同年，美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室（AFRL）提出了飛機(jī)機(jī)體數(shù)字孿生（ADT）計(jì)劃，目的是解決未來(lái)復(fù)雜服役環(huán)境下的飛行器維護(hù)及壽命預(yù)測(cè)問(wèn)題。NASA也在同期開始關(guān)注數(shù)字孿生，并提出了“數(shù)字線索”的概念，旨在通過(guò)“數(shù)字線索”連接數(shù)字化數(shù)據(jù)與實(shí)體設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)制造網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)可見、分析及優(yōu)化。與此同時(shí)，美國(guó)通用電氣（GE）在為美國(guó)國(guó)防部（DOD）提供F-35聯(lián)合攻擊機(jī)解決方案的時(shí)候，也發(fā)現(xiàn)數(shù)字孿生是工業(yè)數(shù)字化過(guò)程中的有效工具，并開始利用數(shù)字孿生構(gòu)建工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系。F-35戰(zhàn)斗機(jī)的設(shè)計(jì)生產(chǎn)通過(guò)采用數(shù)字孿生和數(shù)字線索技術(shù)實(shí)現(xiàn)了前所未有的工程設(shè)計(jì)與制造的連接。由此可以看出，由于航空航天工業(yè)始終保持著相當(dāng)高的自動(dòng)化、數(shù)字化及仿真水平，因此數(shù)字孿生概念的產(chǎn)生和發(fā)展在過(guò)去很長(zhǎng)一段時(shí)間都集中在航空航天領(lǐng)域，特別是利用數(shù)字孿生技術(shù)對(duì)飛行器進(jìn)行故障預(yù)測(cè)和健康管理。而近幾年，隨著美國(guó)、歐盟、中國(guó)、日韓等世界主要國(guó)家和地區(qū)紛紛開始進(jìn)行以智能制造為核心的制造業(yè)升級(jí)，以及云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)、物聯(lián)網(wǎng)和傳感器等信息技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)字孿生也逐步擴(kuò)展到了包括設(shè)計(jì)、制造和服務(wù)在內(nèi)的完整的產(chǎn)品周期階段，應(yīng)用探索也逐漸向海洋工程、復(fù)雜建筑、機(jī)械裝備、醫(yī)療、制造車間等多領(lǐng)域輻射。Gartner公司從2017年起連續(xù)三年將數(shù)字孿生技術(shù)列為十大戰(zhàn)略技術(shù)趨勢(shì)之一。數(shù)字孿生發(fā)展歷程如圖1所示。
圖1 數(shù)字孿生的發(fā)展歷程
數(shù)字孿生的理念
據(jù)統(tǒng)計(jì)，自2014年起，數(shù)字孿生的發(fā)展呈現(xiàn)出爆發(fā)趨勢(shì)，工業(yè)界和學(xué)術(shù)界對(duì)數(shù)字孿生也有著多種不同的理解。如圖2所示，數(shù)字孿生體的本質(zhì)是能夠全生命跟蹤、實(shí)時(shí)反映特定物理系統(tǒng)的性能狀態(tài)，并準(zhǔn)確模擬、預(yù)測(cè)其在真實(shí)環(huán)境下行為的數(shù)字模型。因此，構(gòu)成數(shù)字孿生體首先需要建立物理系統(tǒng)的模擬模型。傳統(tǒng)的建模方式包括：基于物理機(jī)制建模、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)建模、以及基于物理機(jī)制和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的混合建模。但對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)而言，環(huán)境不確定性大、系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性強(qiáng)，基于傳統(tǒng)建模方式得到的數(shù)字模型難以做到實(shí)時(shí)反應(yīng)系統(tǒng)狀態(tài)。因此，數(shù)字孿生體的第2個(gè)要素是強(qiáng)調(diào)通過(guò)布置在物理系統(tǒng)上的傳感器網(wǎng)絡(luò)，獲取系統(tǒng)運(yùn)行中的真實(shí)行為數(shù)據(jù)，用于增強(qiáng)模型、消除模型中的不確定性因素，進(jìn)而提升模型預(yù)測(cè)能力。準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)構(gòu)成了有效控制、管理等決策優(yōu)化的基礎(chǔ)，數(shù)字孿生體第3個(gè)要素是實(shí)現(xiàn)數(shù)字模型和物理系統(tǒng)的互動(dòng)，將基于模型和數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)分析結(jié)果用于優(yōu)化物理系統(tǒng)運(yùn)行。伴隨數(shù)字孿生概念，美國(guó)空軍同時(shí)提出了數(shù)字主線的概念。數(shù)字主線可以看作覆蓋系統(tǒng)全生命周期與全價(jià)值鏈的數(shù)據(jù)流，從設(shè)計(jì)、制造到使用、維護(hù)，全部環(huán)節(jié)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)都能夠?qū)崿F(xiàn)雙向同步與及時(shí)溝通，并以此驅(qū)動(dòng)以數(shù)字孿生體為統(tǒng)一的模型的狀態(tài)評(píng)估與任務(wù)決策。
圖2 數(shù)字孿生體概念
分析數(shù)字孿生的內(nèi)涵可以看出，數(shù)字孿生體具有如下突出特點(diǎn)：
1）集中性。物理系統(tǒng)生命周期內(nèi)的所有數(shù)據(jù)都存儲(chǔ)在數(shù)字主線中，進(jìn)行集中統(tǒng)一管理，使數(shù)據(jù)的雙向傳輸更高效。
2）動(dòng)態(tài)性。描述物理系統(tǒng)環(huán)境或狀態(tài)的傳感數(shù)據(jù)可用于模型的動(dòng)態(tài)更新，更新后的模型可以動(dòng)態(tài)指導(dǎo)實(shí)際操作，物理系統(tǒng)和數(shù)字模型的實(shí)時(shí)交互使得模型能夠在生命周期內(nèi)不斷成長(zhǎng)與演化。
3）完整性。對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)而言，其數(shù)字孿生體集成了所有子系統(tǒng)，這是高精度建模的基礎(chǔ)；而實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)可進(jìn)一步豐富、增強(qiáng)模型，使模型能夠包含系統(tǒng)的所有知識(shí)。
借助于數(shù)字孿生，對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)的管理和運(yùn)行，將能夠?qū)崿F(xiàn)：
1）模擬系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。數(shù)字孿生體可以看作物理系統(tǒng)的模擬模型，能夠在數(shù)字空間實(shí)時(shí)反映系統(tǒng)的行為、狀態(tài)，并以可視化的方式呈現(xiàn)。
2）監(jiān)測(cè)并診斷系統(tǒng)健康狀態(tài)。利用安裝在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)表面或嵌入結(jié)構(gòu)內(nèi)部的分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)，獲取結(jié)構(gòu)狀態(tài)與載荷變化、服役環(huán)境等信息，結(jié)合數(shù)據(jù)預(yù)處理、信號(hào)特征分析、模式識(shí)別等技術(shù)，識(shí)別系統(tǒng)當(dāng)前損傷狀態(tài)。
3）預(yù)測(cè)系統(tǒng)未來(lái)狀態(tài)。通過(guò)數(shù)據(jù)鏈、數(shù)據(jù)接口等技術(shù)連接監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和數(shù)字模型，結(jié)合機(jī)器智能等方法驅(qū)動(dòng)模型的動(dòng)態(tài)更新，基于更新后的模型，對(duì)系統(tǒng)未來(lái)的狀態(tài)進(jìn)行預(yù)報(bào)。
4）優(yōu)化系統(tǒng)操作。根據(jù)預(yù)報(bào)結(jié)果，可以調(diào)整維護(hù)策略避免不必要的檢測(cè)與更換，或更改任務(wù)計(jì)劃避免結(jié)構(gòu)進(jìn)一步劣化等。
數(shù)字孿生的關(guān)鍵技術(shù)
如圖3所示，數(shù)字孿生強(qiáng)調(diào)用實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)消除模型的不確定性，用精確的模擬代替真實(shí)場(chǎng)景，從而優(yōu)化實(shí)際系統(tǒng)的操作和運(yùn)維，其實(shí)現(xiàn)需要依賴的關(guān)鍵技術(shù)包括：
1）復(fù)雜系統(tǒng)建模技術(shù)。數(shù)字孿生體是由傳統(tǒng)模型發(fā)展而來(lái)，因此建立高精度的復(fù)雜系統(tǒng)模型是首要前提，現(xiàn)在建模依然面臨著環(huán)境、載荷、材料性能等眾多不確定因素，力、熱、電等不同物理場(chǎng)之間的強(qiáng)耦合作用等各類問(wèn)題，這些復(fù)雜性都將導(dǎo)致模型無(wú)法準(zhǔn)確模擬系統(tǒng)的真實(shí)情況，需要借助于多物理場(chǎng)耦合建模、多尺度損傷分析方法提升模型精度。
2）傳感與監(jiān)測(cè)技術(shù)。數(shù)字孿生體鏡像物理系統(tǒng)的生命歷程的基礎(chǔ)在于：能夠?qū)崟r(shí)感知系統(tǒng)性能狀態(tài)并收集系統(tǒng)周圍的環(huán)境信息，這就需要借助傳感與監(jiān)測(cè)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)安裝在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)表面或嵌入結(jié)構(gòu)內(nèi)部的分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)，獲取結(jié)構(gòu)狀態(tài)與載荷變化、操作以及服役環(huán)境等信息，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的生產(chǎn)、制造、服役以及維護(hù)過(guò)程。持續(xù)獲取的傳感數(shù)據(jù)不僅能夠用于監(jiān)測(cè)系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)，還能借助大數(shù)據(jù)、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)分析與決策等技術(shù)用于預(yù)測(cè)系統(tǒng)未來(lái)狀態(tài)。
3）大數(shù)據(jù)技術(shù)。對(duì)于一個(gè)大型復(fù)雜系統(tǒng)，其基本幾何和組件裝配本身就已經(jīng)囊括了海量的數(shù)據(jù)，而服役過(guò)程中不斷加入的載荷、環(huán)境、維修等數(shù)據(jù)，最終將生成現(xiàn)有數(shù)據(jù)分析技術(shù)無(wú)法處理的大數(shù)據(jù)，這就需要利用數(shù)字主線技術(shù)對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理，同時(shí)借助大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，從這些規(guī)模巨大、種類繁多、生成迅速、不斷變化的數(shù)據(jù)集中挖掘價(jià)值。從數(shù)據(jù)出發(fā)增強(qiáng)對(duì)問(wèn)題的認(rèn)識(shí)，發(fā)掘多源異構(gòu)數(shù)據(jù)之間潛藏的相關(guān)關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)更好地診斷、預(yù)報(bào)并指導(dǎo)決策。
4）動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)分析與決策技術(shù)。實(shí)時(shí)交互性與動(dòng)態(tài)演化性是數(shù)字孿生體的兩個(gè)重要特性，而 動(dòng) 態(tài) 數(shù) 據(jù) 驅(qū) 動(dòng) 應(yīng) 用 系 統(tǒng)（Dynamic Data Driven Application Systems, DDDAS）這種全新的仿真應(yīng)用模式，能夠?qū)⒛Ｐ团c物理系統(tǒng)有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，在實(shí)際服役過(guò)程中，利用實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)更新模型，更新后的模型可以得到許多測(cè)量無(wú)法直接輸出的數(shù)據(jù)，從而驅(qū)動(dòng)更準(zhǔn)確地分析與預(yù)測(cè)系統(tǒng)狀態(tài)，以及更有效地指導(dǎo)決策者實(shí)施對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)控制。
5）數(shù)字孿生軟件平臺(tái)技術(shù)。數(shù)字孿生的實(shí)現(xiàn)需要發(fā)展新的工具平臺(tái)，集成多物理場(chǎng)仿真、數(shù)據(jù)管理、大數(shù)據(jù)分析、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)決策等多個(gè)功能模塊，同時(shí)借助虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality, VR）或增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality, AR）等可視化技術(shù)，使決策者能夠快速準(zhǔn)確地了解系統(tǒng)實(shí)際狀態(tài)，從而指導(dǎo)對(duì)系統(tǒng)的操作，實(shí)現(xiàn)效能更高的控制與優(yōu)化。
圖3 數(shù)字孿生的關(guān)鍵技術(shù)
數(shù)字孿生技術(shù)在航空領(lǐng)域中的應(yīng)用
2010年，美國(guó)NASA發(fā)布了《NASA空間技術(shù)路線圖》，提出了在2027年前后實(shí)現(xiàn)NASA數(shù)字孿生體的目標(biāo)。該報(bào)告同時(shí)給出了數(shù)字孿生技術(shù)的4個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景：① 用于飛行器發(fā)射前的“試飛”。分析不同任務(wù)參數(shù)的影響，并針對(duì)各種異?，F(xiàn)象，研究和驗(yàn)證相應(yīng)的處理策略；② 用于鏡像飛行器的實(shí)際飛行。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)載荷、溫度以及結(jié)構(gòu)的損傷狀態(tài)，反映真實(shí)飛行狀況；③ 用于故障或損傷發(fā)生后的評(píng)估。當(dāng)傳感器指示結(jié)構(gòu)性能狀態(tài)出現(xiàn)退化時(shí)，診斷引發(fā)異常的原因，分析失效后應(yīng)對(duì)措施；④ 作為設(shè)計(jì)修正分析的平臺(tái)。模擬某些部件失效后的運(yùn)行狀況，從而決定是否需要做設(shè)計(jì)上的改進(jìn)，避免了不必要的修改和調(diào)整。NASA預(yù)計(jì)到2035年，數(shù)字孿生技術(shù)的應(yīng)用將能夠?qū)崿F(xiàn)飛行器維護(hù)成本減半，服役壽命水平延長(zhǎng)至目前的10倍。自此之后，數(shù)字孿生在航空航天中的應(yīng)用一直受到國(guó)內(nèi)外廣泛關(guān)注。
美國(guó)空軍在2011年提出了一個(gè)機(jī)身數(shù)字孿生（Airframe Digital Twin, ADT）的概念，認(rèn)為它是一個(gè)覆蓋飛機(jī)全生命周期的數(shù)字模型。通過(guò)集成氣動(dòng)分析、有限元等結(jié)構(gòu)模型，以及疲勞、腐蝕等材料狀態(tài)演化模型，同時(shí)利用機(jī)身特定幾何、材料性能參數(shù)、飛行歷史以及檢測(cè)維修等數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)更新模型，ADT可以準(zhǔn)確預(yù)報(bào)飛機(jī)未來(lái)行為，并指導(dǎo)決策者為每架飛機(jī)定制個(gè)性化管理方案，以期延長(zhǎng)飛機(jī)使用壽命并降低維護(hù)成本?；谶@一概念，機(jī)身壽命預(yù)測(cè)流程如圖４所示。
圖4 基于數(shù)字孿生的壽命預(yù)測(cè)過(guò)程
相比于傳統(tǒng)的壽命預(yù)測(cè)過(guò)程，基于數(shù)字孿生的壽命預(yù)測(cè)有如下優(yōu)點(diǎn)：① 結(jié)構(gòu)分析不再只是在某些工程經(jīng)驗(yàn)判斷的關(guān)鍵點(diǎn)上開展，避免了誤判導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)提前失效；② 實(shí)現(xiàn)了應(yīng)力和損傷預(yù)測(cè)的雙向耦合，提高了剩余壽命的預(yù)測(cè)精度；③ 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)用來(lái)動(dòng)態(tài)更新模型，進(jìn)一步提高分析可靠性。
為了驗(yàn)證ADT方法的可行性，并找到具體實(shí)施過(guò)程中的技術(shù)差距，AFRL利用已有的某型機(jī)全機(jī)模型，嘗試了一個(gè)簡(jiǎn)單的ADT過(guò)程。由于ADT需要虛擬飛行物理孿生體的每個(gè)航線，因此虛擬飛行了一個(gè)簡(jiǎn)單的ADT。基于CFD模型和FEM模型開發(fā)了飛機(jī)的基本ADT框架（見圖5），設(shè)想的過(guò)程是使用飛行數(shù)據(jù)記錄和CFD 模型生成空氣動(dòng)力學(xué)飛行載荷，然后將其應(yīng)用于FEM，以在關(guān)注位置創(chuàng)建應(yīng)力連續(xù)時(shí)間歷史記錄，并分析損傷狀態(tài)。
圖5 飛機(jī)的FEM模型
應(yīng)該說(shuō)，AFRL在這段時(shí)間的不斷探索，逐漸豐富了自己對(duì)ADT計(jì)劃的理解。AFRL認(rèn)識(shí)到，除了結(jié)構(gòu)的高保真物理模型外，ADT還需要集成機(jī)載健康管理（IVHM）系統(tǒng)的傳感器數(shù)據(jù)、維護(hù)歷史記錄、機(jī)隊(duì)使用數(shù)據(jù)以及使用數(shù)據(jù)挖掘和文本挖掘獲取的所有可用記錄，以反映其飛行實(shí)體雙胞胎的真實(shí)狀態(tài)。通過(guò)合并所有這些信息，ADT才能連續(xù)預(yù)測(cè)裝備或系統(tǒng)的健康狀況、剩余使用壽命以及任務(wù)成功的可能性。最后，ADT還需要通過(guò)激活自我修復(fù)機(jī)制或建議更改任務(wù)配置文件以減輕結(jié)構(gòu)損壞或退化，從而增加使用壽命和任務(wù)成功的可能性，實(shí)現(xiàn)前所未有的安全性和可靠性。所以說(shuō)，ADT是一個(gè)名副其實(shí)的多尺度、多物理場(chǎng)、概率性模擬，如圖6所示，需要使用飛行記錄數(shù)據(jù)、機(jī)載監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)、機(jī)隊(duì)歷史數(shù)據(jù)等不斷更新最高保真度的物理模型，從而實(shí)現(xiàn)可預(yù)測(cè)性的故障診斷和疲勞演變等。
圖6 最終的ADT概念
ADT計(jì)劃引起了很多公司和機(jī)構(gòu)的廣泛關(guān)注。2017年，空客公司討論了通過(guò)數(shù)字孿生將飛機(jī)疲勞分析納入數(shù)字時(shí)代的策略，這可能會(huì)給飛機(jī)運(yùn)營(yíng)商帶來(lái)更多好處。2018年，ANSYS發(fā)布了ANSYS 19.1軟件，推出了首款針對(duì)數(shù)字孿生體的產(chǎn)品軟件包—ANSYS Twin Builder，進(jìn)一步推動(dòng)了數(shù)字孿生與仿真技術(shù)的融合應(yīng)用。2019年，加拿大國(guó)家研究委員會(huì)（NRC）與AFRL和澳大利亞國(guó)防科學(xué)技術(shù)小組（DST）一起，審查和評(píng)估了ADT框架對(duì)加拿大皇家空軍（RCAF）機(jī)隊(duì)的潛在適用性。NRC研究了ADT框架對(duì)于CF-188“大黃蜂”、CP-140 Aurora和CC-130 Hercules等機(jī)型的可行性和適用性，并采用CF-188的內(nèi)側(cè)前緣襟翼進(jìn)行了試驗(yàn)演示（見圖7）。NRC的審查和評(píng)估表明，美國(guó)空軍的ADT框架可以進(jìn)行調(diào)整以支持RCAF機(jī)隊(duì)。
圖7 CF-188前緣襟翼的ADT全尺寸測(cè)試演示
美國(guó)《航空周刊》曾經(jīng)做過(guò)這樣一個(gè)預(yù)測(cè)：2035年，當(dāng)航空公司接收一架飛機(jī)的時(shí)候，將同時(shí)收到一套數(shù)字飛機(jī)。這套數(shù)字飛機(jī)包含真實(shí)飛機(jī)的每一個(gè)部件、每一個(gè)結(jié)構(gòu)，并且伴隨著真實(shí)飛機(jī)的每一次飛行而老化。如果飛機(jī)有任何問(wèn)題，都可以在數(shù)字孿生系統(tǒng)中被預(yù)先感知到，從而將航空安全邁向新的臺(tái)階。
結(jié)論
1）數(shù)字孿生可為物理系統(tǒng)創(chuàng)造包含其所有知識(shí)的數(shù)字模型，使得能夠在不確定性環(huán)境下，利用真實(shí)數(shù)據(jù)、分析模型等多元信息融合，增強(qiáng)對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的認(rèn)知，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)演化行為更準(zhǔn)確的描述與預(yù)報(bào)，以指導(dǎo)更好的決策、控制與優(yōu)化。
2）數(shù)字孿生可看作連接智能與實(shí)物的紐帶，使得各類機(jī)器智能方法得以用于實(shí)物管理，從而加速設(shè)計(jì)驗(yàn)證進(jìn)程、降低運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本、提高服役可靠性、延長(zhǎng)使用壽命。
3）數(shù)字孿生已引起國(guó)內(nèi)外廣泛重視，但其全面應(yīng)用還需要突破復(fù)雜系統(tǒng)建模、傳感與監(jiān)測(cè)、大數(shù)據(jù)、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)分析與決策和數(shù)字孿生軟件平臺(tái)等關(guān)鍵技術(shù)。
數(shù)字孿生的未來(lái)發(fā)展還面臨很多挑戰(zhàn)，期待可以給飛行器結(jié)構(gòu)帶來(lái)前所未有的經(jīng)濟(jì)性、安全性和可靠性。
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