当未来工厂碰上数字孪生，您也可以轻松体验出“哈维尔2027”穿越！

发布者：匿名 2021-07-21 浏览量：1333

本文作者为第三届“广东十大科学传播达人”初选入围的候选人之一黄伟

来自深圳巨影投资发展有限公司

“哈维尔2027”穿越——哈维尔2027是一个国外博主称自己穿越到了2027年，他去的地方一个人都没有，对此你怎么看？

相信是近期一个比较火的话题。全球网友都在吃瓜，难道真的穿越时空了？空间只有他一个人难道真的是生活在备份的世界里？这一点目前来说，实话实说他暂时超出我的认知范围，但是通过三维空间扫描技术，构建物体与空间的数字备份，确确实实是真实存在的！这就是我在这里需要跟大家分享先进技术：“数字孪生”技术，而且当未来工厂碰上数字孪生可以迅速提高人类社会发展的众多方面。

其实通过特种的三维扫描实现物体的三维数字化，其实已经在我们身边了，这不让我带大家看看，我们是怎么通过3D扫描仪来超高精度的实现数字化吧！

讲到这里，我想跟大家简单陈述一下三维扫描仪的工作原理：

三维扫描仪

大体分为接触式三维扫描仪和非接触式三维扫描仪。其中非接触式三维扫描仪又分为光栅三维扫描仪（也称拍照式三维描仪）和激光扫描仪。而光栅三维扫描又有白光扫描或蓝光扫描等，激光扫描仪又有点激光、线激光、面激光的区别。

1：三维扫描仪的用途是创建物体几何表面的点云（point cloud），这些点可用来插补成物体的表面形状，越密集的点云可以创建更精确的模型（这个过程称做三维重建）。若扫描仪能够取得表面颜色，则可进一步在重建的表面上粘贴材质贴图，亦即所谓的材质映射（texture mapping）。

2：三维扫描仪可模拟为照相机，它们的视线范围都体现圆锥状，信息的搜集皆限定在一定的范围内。两者不同之处在于相机所抓取的是颜色信息，而三维扫描仪测量的是距离。

3：有了点云数据就可以在3D专用软件修改与后处理，再通过数法软件将所有的点云生成3角面，合成为数字的实体。

“数字孪生”是针对现实世界中的实体对象，在数字化世界中构建完全一致的对应模型，通过数字化的手段对实体对象进行动态仿真、监测、分析和控制。

这与三维组态可视化的技术、功能特性不谋而合。与数字孪生相同，“三维组态可视化”强调仿真、建模、分析和辅助决策，侧重的是物理世界对象在数据世界的仿真、监测、分析，实现对物理世界的真实复现和决策支持。

随着物联网、5G、大数据、云计算、人工智能等技术的发展与应用，数字孪生的应用空间正不断扩展。然而影响数字孪生实际发挥效用的，是数字模型对象的真实、可行性，是是否能够高度还原真实物理对象的特征。

三维组态可视化，是实现数字孪生、推进数字孪生落地应用的关键手段。这也就要求三维组态可视化必须满足模型对象复杂结构定义、数据驱动模型关节定义、实时状态数据报文定义、三维组态可视化交互分析等功能、技术要求。

目前来说最高端的空间三维扫描仪可以在一个大空间70米--160米的半径内实现不到10CM的误差，小型的物件扫描可以达到差误更小哦，实现真正的一比一的还原。

什么是数字工厂，它们与数字孪生技术的关系如何？连接比您想象的要紧密。

数字工厂

制造业的数字化——数字工厂——是解决现代制造业挑战和瓶颈的承诺，它肩负着将生产网络重新配置成为可面向未来的高适应性网络的使命。

什么是数字工厂呢？根据德国工程师协会 VDI4499标准，数字工厂包括了持续数据管理系统中的数字模型、方法和工具（包括仿真和 3D 可视化）等。数字工厂的目标是以产品为核心，对工厂的结构，流程和资源等进行全面规划、评估和持续改进。

一个功能齐全的数字工厂所需的人员与普通工厂所需的人员相同，即运营经理、现场经理、工程师和操作员。然而，他们的每日任务由基于单一环境和特定需求的数据量身定制。

数字孪生

现在，让我们重点介绍前面提到的关键字，工业仿真和 3D 可视化; 感谢数字孪生技术的重大进步，这是近年来最激动人心的发展领域。制造业正在从静态CAD 模型和 2D 平面图过渡到完全交互式的3D 模型。

Gartner Research 在"2019 年制造业 IT 发展周期"中提供的数字孪生定义如下：

数字孪生的主要特征是物理对象和虚拟对象之间的共生关系，两者间的数据交换是双边且自动的。物理对象特性的任何更改都将直接反映在数字孪生上，反之亦然。作为持续数据管理系统的一部分，这样的功能具有巨大的价值。

常与数字孪生一起出现的相关术语包括数字拷贝和数字影子，但他们之间存在细微的差异。

数字拷贝：就像是数字孪生，是数字形式中现有对象的呈现形式，但关键的区别是两者间的连通性，修改物理对象不会反映在数字副本上（反之亦然）。

数字影子：连接是单方面的，具体来说是单向自动数据交换，其中物理对象会反映虚拟对象的变化，而不是另一方向。

讲了这么多相信大家对数字孪生应该有了一定的了解了吧，当未来工厂碰上数字孪生，你也可以通过三维数字孪生技术，轻松体验出“哈维尔2027”穿越了吧！！话不多说，先来《巨影3D创新创客科普教育基地》体验一下如何Copy一个自己吧！！！

3D打印技术，是目前科技发展非常重要的技术，其在教育应用中亦有着深刻的创新实践意义，对学生的动手能力发展、实践应用起到重要的促进作用。在国外，3D打印技术已开始普及，并逐渐渗透到了人们生产生活的方方面面，包括航空、航天、汽车、工业制造、玩具、服装等都可用3D技术打印而成。在我国，3D打印技术的推广和应用已被广泛关注。高校是发展自主3D打印技术的沃土，一台机器放在学校里，就意味着至少有十几甚至几十人受益。

根据百度词条：

数字孪生是充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。数字孪生是一种超越现实的概念，可以被视为一个或多个重要的、彼此依赖的装备系统的数字映射系统。

最早，数字孪生思想由密歇根大学的 Michael Grieves 命名为“信息镜像模型”（Information Mirroring Model），而后演变为“数字孪生”的术语。数字孪生也被称为数字双胞胎和数字化映射。数字孪生是在 MBD 基础上深入发展起来的，企业在实施基于模型的系统工程（MBSE）的过程中产生了大量的物理的、数学的模型，这些模型为数字孪生的发展奠定了基础。2012 年 NASA 给出了数字孪生的概念描述：数字孪生是指充分利用物理模型、传感器、运行历史等数据，集成多学科、多尺度的仿真过程，它作为虚拟空间中对实体产品的镜像，反映了相对应物理实体产品的全生命周期过程。为了便于数字孪生的理解，庄存波等提出了数字孪生体的概念，认为数字孪生是采用信息技术对物理实体的组成、特征、功能和性能进行数字化定义和建模的过程。数字孪生体是指在计算机虚拟空间存在的与物理实体完全等价的信息模型，可以基于数字孪生体对物理实体进行仿真分析和优化。数字孪生是技术、过程、方法，数字孪体是对象、模型和数据。[3]

进入21世纪，美国和德国均提出了 Cyber-Physical System（CPS），也就是“信息-物理系统”，作为先进制造业的核心支撑技术。CPS 的目标就是实现物理世界和信息世界的交互融合。通过大数据分析、人工智能等新一代信息技术在虚拟世界的仿真分析和预测，以最优的结果驱动物理世界的运行。数字孪生的本质就是在信息世界对物理世界的等价映射，因此数字孪生更好的诠释了 CPS,成为实现 CPS 的最佳技术。