Azure 數(shù)字孿生是一種 Azure IoT 服務(wù)，可提供物理環(huán)境及相關(guān)設(shè)備、傳感器和人員的全面虛擬呈現(xiàn)形式。它通過將特定于域的概念組織成有用的模型來改進(jìn)開發(fā)。此后，這些模型位于空間智能圖中。此類概念可如實地為人員、空間和設(shè)備之間的關(guān)系和交互進(jìn)行建模。數(shù)字孿生對象模型介紹了特定于域的概念、類別和屬性。模型是由希望根據(jù)其特定需求定制解決方案的用戶預(yù)定義的。這些預(yù)定義的數(shù)字孿生對象模型共同構(gòu)成“本體”。智能建筑物的本體可描述地區(qū)、場所、樓層、辦公室、區(qū)域、會議室和電話間。能源網(wǎng)格本體可描述各種發(fā)電站、變電站、能源資源和客戶。利用數(shù)字孿生對象模型和本體，可自定義各種場景和需求。準(zhǔn)備好數(shù)字孿生對象模型和本體后，便可以填充空間圖?？臻g圖是與 IoT 解決方案相關(guān)的空間、設(shè)備和人員之間的多種關(guān)系的虛擬呈現(xiàn)形式。

使用智能建筑物本體的空間圖示例

★ Azure數(shù)字孿生的六項重要功能 ★

1.空間智能圖

空間智能圖或智能圖是物理環(huán)境的虛擬表示形式，用于對人員、地點和設(shè)備之間的關(guān)系建模。

2. 數(shù)字孿生對象模型

數(shù)字孿生對象模型是預(yù)定義的設(shè)備協(xié)議和數(shù)據(jù)架構(gòu)，可以滿足解決方案的特定于域的需求，加快并簡化開發(fā)過程。

3.多個嵌套式租戶

可以生成能夠安全地縮放并重用于多個租戶的解決方案。也可創(chuàng)建多個子租戶，這些子租戶可以通過獨立且安全的方式進(jìn)行訪問和使用。

4. 高級計算功能

可以通過用戶定義函數(shù)針對傳入的設(shè)備數(shù)據(jù)定義并運行自定義函數(shù)，以便向預(yù)定義的終結(jié)點發(fā)送信號。此高級功能改進(jìn)設(shè)備任務(wù)的自定義和自動化。

5.內(nèi)置訪問控制

訪問和標(biāo)識管理功能（例如基于角色的訪問控制和Azure Active Directory）可以用來安全地控制人員和設(shè)備的訪問。

6.生態(tài)系統(tǒng)

可以將一個 Azure 數(shù)字孿生實例連接到多個強大的 Azure 服務(wù)。這些服務(wù)包括 Azure 流分析、Azure AI、Azure 存儲，另外還包括 Azure Maps、Microsoft 混合現(xiàn)實、Dynamics 365 或 Office 365。

達(dá)索系統(tǒng)的Digital Twin概念注重在第一步就準(zhǔn)確建立復(fù)雜產(chǎn)品，由于達(dá)索在航空業(yè)的起源和優(yōu)勢，這一優(yōu)先考慮是可以理解的。達(dá)索集團(tuán)CEO Charlès認(rèn)為產(chǎn)品的評估方式是關(guān)鍵。要恰當(dāng)評估一個產(chǎn)品，其所有的產(chǎn)品特點和產(chǎn)品行為都要進(jìn)行展現(xiàn)、建模、模擬、和可視化。這些能力總結(jié)起來就很好的概括了達(dá)索3D體驗平臺的功能。在達(dá)索看來，不論是航空客機、人工心臟或是一整座城市，都可以認(rèn)為是一種復(fù)雜產(chǎn)品。

達(dá)索系統(tǒng)將3D打印平臺視為一個可實現(xiàn)虛實融合并與之相交互的平臺，并期望此平臺未來在十二個不同行業(yè)進(jìn)行應(yīng)用，包括航空業(yè)、礦業(yè)、人類科學(xué)、城市規(guī)劃等。在處理這些行業(yè)的巨型問題方面，這家法國CAD/PLM公司的優(yōu)勢在于，達(dá)索對各種領(lǐng)域的建模、仿真、可視化、數(shù)據(jù)管理、供應(yīng)鏈管理與一體化都十分擅長。達(dá)索通過收購和開發(fā)重要技術(shù)為各行業(yè)客戶進(jìn)行服務(wù)，在此過程中也收獲了一些具有極復(fù)雜問題的大型客戶，并為這些客戶增加了大量的供應(yīng)商網(wǎng)絡(luò)。

2019年3月4日，達(dá)索系統(tǒng)與ABB宣布建立全球合作伙伴關(guān)系，為數(shù)字化工業(yè)客戶提供獨特的、從產(chǎn)品生命周期管理到資產(chǎn)健康的軟件解決方案組合。這兩家公司將為客戶提供先進(jìn)的端到端開放式數(shù)字解決方案，提高工業(yè)企業(yè)的競爭力，同時提高產(chǎn)品的生命周期、制造和運營的靈活性、速度和生產(chǎn)力。達(dá)索系統(tǒng)與11個行業(yè)中各種規(guī)模的企業(yè)合作，幫助他們應(yīng)對當(dāng)今工業(yè)復(fù)興時代中出現(xiàn)的新挑戰(zhàn)。3D EXPERIENCE平臺利用知識和專業(yè)技術(shù)將所有技術(shù)和功能集成到一個統(tǒng)一的數(shù)字化創(chuàng)新環(huán)境中，實現(xiàn)從概念、生產(chǎn)制造直至交付使用、廢棄回收的產(chǎn)品全生命周期的數(shù)字連續(xù)性。工業(yè)企業(yè)能集成該平臺的3D應(yīng)用，創(chuàng)建數(shù)字孿生，從整個生態(tài)系統(tǒng)獲取洞察力和專業(yè)知識，從而測量、評估和預(yù)測工業(yè)資產(chǎn)的表現(xiàn)，并以智能方式幫助企業(yè)優(yōu)化自身運營。

得益于PTC和ANSYS今天共同宣布的一款解決方案，在PTC ThingWorx?工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺上構(gòu)建的應(yīng)用能夠快速添加ANSYS工程仿真技術(shù)。兩大技術(shù)平臺之間建立聯(lián)系，有助于客戶將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)榭刹扇⌒袆拥男滦椭悄苄畔ⅰ６咧g的互聯(lián)將智能數(shù)字仿真模型和存在于現(xiàn)實世界的產(chǎn)品充分整合。這將為企業(yè)創(chuàng)造價值帶來全新的機遇，能幫助企業(yè)優(yōu)化運營和維護(hù)，并將其整合到產(chǎn)品研發(fā)進(jìn)程中。ANSYS可為實現(xiàn)數(shù)字孿生體提供整套工具，以交付能夠為運營帶來真正影響的準(zhǔn)確、深刻和可靠的結(jié)果，從而增加產(chǎn)出、縮短停工時間和延長使用壽命。通過使用仿真了解現(xiàn)實世界中的產(chǎn)品行為，新一代產(chǎn)品不僅能顯著提升性能，同時還可加快上市進(jìn)程。

ANSYS Simplorer系統(tǒng)級建模工具支持構(gòu)建出數(shù)字孿生體，從而準(zhǔn)確地描述組件、子裝配體與子系統(tǒng)之間錯綜復(fù)雜的相互作用。工程師可根據(jù)需求對模型中子系統(tǒng)的保真度級別進(jìn)行定義，范圍從高級行為模型到基于物理場的詳細(xì)仿真模型，一應(yīng)俱全。系統(tǒng)級模型的子系統(tǒng)和組件通常由降階模型組成，即3D物理場模型的緊湊表示形式，它不僅能準(zhǔn)確地表達(dá)物理場，同時還能以更短的時間提供結(jié)果。

使用基于物理場的模型能夠細(xì)節(jié)入微地復(fù)制復(fù)雜機器的工作情況，這樣即便是在面臨前所未有的情況時也能全面了解它們的性能，從而實現(xiàn)數(shù)字孿生體的全部潛力。數(shù)字孿生體通常包含一個仿真模型，不僅可用于復(fù)制機器的工作情況，同時還能夠分析基礎(chǔ)物理場以預(yù)測機器的性能表現(xiàn)，從而診斷未曾預(yù)見的狀況。其應(yīng)包含一個研發(fā)用于復(fù)制產(chǎn)品或流程的當(dāng)前狀況的仿真模型。

ANSYS SCADE使用和真實物理機器上所用的相同的控制軟件和人機界面(HMI)，來控制數(shù)字孿生體和研發(fā)HMI。然后，工程師可在數(shù)字孿生體上對不同的場景或工作條件進(jìn)行虛擬測試，并使用與控制物理設(shè)備所用的相同接口來查看設(shè)備的性能表現(xiàn)。

ANSYS提供的高級平臺可集成眾多不同的仿真工具，以用于改善數(shù)字孿生體體驗。ANSYS Engineering Knowledge Manager (EKM)是重要的工具之一，其可顯著簡化將多個數(shù)字孿生體連接至IoT的流程。此外，ANSYS仿真技術(shù)平臺還包含ANSYS DesignXplorer，其不僅可用于探索眾多條件或幾何變量，同時還能快速評估各種工作條件，從而幫助工程師確定可交付最佳性能的條件。工程師能離線使用DesignXplorer，為解決問題找出最佳解決方案，然后將其實施到工作中的機器設(shè)備上。

采用ANSYS SCADE為化學(xué)工藝設(shè)備研發(fā)的人機界面

ANSYS仿真平臺已經(jīng)過驗證，能夠與多種常見的物聯(lián)網(wǎng)平臺協(xié)同使用，例如PTC的ThingWorx?和通用電氣公司的Predix?等。例如，ANSYS與PTC通力合作，共同演示如何利用運行的泵機的仿真模型比常規(guī)試錯法更快地診斷和解決運行問題。長期以來，工程師通過評估復(fù)雜物理場的方法將仿真用于改進(jìn)幾乎每一種物理產(chǎn)品或流程，而通過物理測試則無法完全理解錯綜復(fù)雜的物理場。ANSYS是唯一一家擁有一整套仿真解決方案的公司，其解決方案包括平臺、知識儲備廣博而精深的可信賴的物理場以及卓越的系統(tǒng)功能性。ANSYS仿真解決方案可幫助工程師借助數(shù)字孿生體獲得更深入的洞察力。當(dāng)工程仿真與數(shù)字孿生體整合在一起時，不僅能幫助企業(yè)分析和優(yōu)化現(xiàn)實工作條件下的產(chǎn)品性能，而且還能對未來的性能做出準(zhǔn)確的預(yù)測，從而提升產(chǎn)品運行和生產(chǎn)力，同時降低計劃外停工導(dǎo)致的成本與風(fēng)險。

ANSYS Twin Builder是唯一一款針對數(shù)字孿生體的產(chǎn)品軟件包，能幫助工程師快速構(gòu)建、驗證和部署物理產(chǎn)品的數(shù)字化表示形式。這款開放式解決方案可以集成任何IIoT平臺，并且包含運行時部署功能，從而能夠在運行過程中持續(xù)監(jiān)控所用的每臺資產(chǎn)設(shè)備。在ANSYS Twin Builder的支持下，工業(yè)資產(chǎn)的連接功能與整體系統(tǒng)仿真充分結(jié)合，能幫助客戶開展診斷和故障排除工作，確定理想的維護(hù)程序，優(yōu)化每個資產(chǎn)設(shè)備的性能，并獲得極富洞察力的數(shù)據(jù)，從而改進(jìn)新一代產(chǎn)品。

從綜合的組件級設(shè)計與仿真一直到整個系統(tǒng)的仿真，ANSYS都能實現(xiàn)基于仿真的數(shù)字孿生體。

數(shù)字孿生引入國內(nèi)僅僅幾年時間，目前處于初步探索與實踐環(huán)節(jié)，距離廣泛應(yīng)用還有很長的路要走；目前數(shù)字孿生技術(shù)還面臨著諸多難題，主要可分為三類：一是高仿真度， 高保真度的仿真建模是構(gòu)建數(shù)字孿生體系的關(guān)鍵，數(shù)字孿生作為物理實體在數(shù)字空間的超寫實動態(tài)模型，產(chǎn)品虛擬模型的高精度性、多物理場建模、高保真度響應(yīng)模擬等是首要解決的技術(shù)難題。二是數(shù)據(jù)收集 ，由于數(shù)字孿生技術(shù)的應(yīng)用以海量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，并且是基于全要素、全生命周期的數(shù)據(jù)，而有關(guān)這些數(shù)據(jù)所涉及的先進(jìn)傳感器技術(shù)、自適應(yīng)感知、精確控制與執(zhí)行技術(shù)等難題急需攻關(guān)。三是實時監(jiān)測與健康預(yù)測技術(shù)也尚待完善 ，實時和預(yù)測是數(shù)字孿生的核心要素，一方面物理產(chǎn)品的數(shù)據(jù)動態(tài)實時反映在數(shù)字孿生體系中，另一方面，數(shù)字孿生基于感知的大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析決策，進(jìn)而控制物理產(chǎn)品，而其中離不開相應(yīng)的高實時性數(shù)據(jù)交互、高置信度仿真預(yù)測、超級計算能力等技術(shù)能力。此外，新的設(shè)計檢驗方法仍需進(jìn)一步探索，使物理模式的實驗結(jié)果更準(zhǔn)確、更接近真實的工況，為數(shù)字孿生體的推演提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。