8、数字制造技术：数字孪生与增材制造的前沿探索

数字制造技术：数字孪生与增材制造的前沿探索

1 数字孪生技术概述

数字孪生（Digital Twin，DT）是数字制造领域的核心概念之一，它呈现了产品、流程和服务的虚拟表示。这一概念是对产品开发、生产及产品本身数字化趋势的回应。如今，产品不再是独立的机电系统，而是遵循复杂的框架，通过通信网络与不同组件、产品、云服务进行交互。数字孪生是一个利用真实信息进行模拟的计算机程序，能够预测产品或流程的性能，它需要结合物联网（IoT）、人工智能（AI）和软件分析等多种技术。

1.1 数字孪生概念的引入

2002 年，Grieves 在密歇根大学的一次会议上首次使用了虚拟图像概念，并解释了理想的产品生命周期管理以及真实与虚拟对象之间的联系，将其命名为三维模型。2010 年，NASA 的 John Vickers 将 Grieves 的概念描述为“数字孪生”，明确虚拟对象可包含真实对象的所有信息。Vickers 在其路线图报告中指出，数字孪生概念由三部分组成：物理产品、虚拟产品以及两者之间的连接，即数据流动。他还将数字孪生过程分为三个阶段：
- 数字主模型 ：与产品并行创建，包括虚拟原型、模拟和行为模型，以及产品的变体和配置。
- 数字影子 ：随着订单流程或生产开始而产生，真实对象在虚拟世界中投射出影子，可查看简单数据（如标识符）和更复杂的关于状态、生产、维护或使用的数据。
- 数字模型 ：连接主模型和影子，根据数字孪生的目的建立数据集或考虑点，以实现预期功能及其连接。将数字主模型的必要信息与数字影子的数据相结合，就得到了数字孪生。2017 年，Ga