如何在虚拟现实环境中可视化数字孪生

“数字孪生”是一个具有创新性的概念，但它所涵盖的内容大多数人可能并不清楚，正如在达索系统公司出版一篇研究中提到的那样。“数字孪生要么是产品开发和制造管理的下一次革命，要么是白日梦，这一切取决于你与哪个工程师交谈。”

加特纳研究和咨询公司将数字孪生定义为“一个封装的软件对象或模型，它反映了一个独特的物理对象、过程、组织、人或其他更加抽象的东西”。更简单地说，它是一个物理资产的动态虚拟副本，其外观和行为与其现实世界中的实体资产完全相同。

从概念设计到试运行，能够与这种数字拷贝进行沉浸式交互是利用它所能提供的所有好处的关键。在本文中，我们将带领大家了解这是如何实现的。

像许多工程创新一样数字孪生最初来自于航天工业。这个短语是由美国国家航空航天局的约翰·维克斯在2002年首创的。在此之前，美国国家航空航天局保留了发送到太空的卫星和模块的物理镜像系统，以便工程师和宇航员能够同步进行维护操作。技术能力提升和降低成本需求最终催化出了首个数字孪生项目。

正如我们所看到的，虚拟孪生诞生的最初目标是复制并模拟实际资产不容易发生的特殊情况，以便在测试执行操作时探寻最佳的解决方式。实现这一目标的最优方法是通过VR设备操作数字孪生系统。

在数字孪生项目中，未来的太空站模块以及更常见的汽车驾驶都可以在虚拟现实中展示，并从项目的早期阶段就对可操作性和维护进行彻底的测试。例如，TechViz软件能实时显示一辆设计新颖的汽车CAD模型，应用如CATIA por Navisworks把模型与驾驶模拟器结合起来便可以在许多不同条件下检查命令的可见性和可访问性。

除了产品开发，查看虚拟现实中的数字孪生也有助于建设项目或建造公寓。正如布里斯托尔大学的本·希克斯教授所言，项目的关键是“数字与物理的持续或周期性‘孪生’概念”。建筑物或装配线的实际建造总是偏离计划的模型。这些微小的偏差不一定是问题，但是更新虚拟现实数字孪生制作一个虚拟现实中的项目评审将使得检查和消除失败的结果成为可能。例如，如果一些管道工程最终与计划相比偏移了5厘米，它可能会阻止门的正确打开。测试虚拟现实中的数字孪生可能是确保这种情况不会发生的唯一方法。

随着越来越多的公司采用数字孪生，许多大学也在以非常快的速度转向这一概念，并以此来教授他们的学生，促进创新和研究进入新领域。比利时的根特大学就是其中之一。根特大学成立于1817年，是公认的工程研究领域的国际顶级大学。它为根特科技园科技巷这提供了设计和建造办公和实验室的机会，使高科技公司、企业R&D中心或研究机构能够根据其具体需求建造基础设施。根特大学工业系统工程(ISyE)研究小组基于以下方面对柔性装配系统的设计、优化和验证进行了数字孪生研究。

根特大学最近将实验室升级成为了“数字孪生控制室”，此次升级使得任何当地公司都可以使用虚拟现实数字孪生技术，他们可以带着自己的数据来到实验室中，并在数字墙上可视化他们的模型。

这一创新装置包括32个模块化液晶显示屏，以180°曲线显示。为了确保用户沉浸在模型中，视点每4个屏幕改变一次，因此无论用户站在哪里，他们都会感觉自己是虚拟环境的一部分。根特大学选择TechViz作为通用解决方案软件，从任何CAD应用程序中即时可视化任何3D模型。与这种独特的设置相兼容，TechViz能够实时显示数据，无需数据转换并且支持大型3D模型上的高帧速率播放且不会降低质量。

 数字孪生和虚拟现实得结合使公司能够围坐在桌前，与来工程、营销、规划、运营人员甚至客户进行交流互动，并能够就工程项目召开会议，而无需花钱构建额外的实体基础设施。他们只需来到实验室，轻松加载他们的模型，TechViz可将CAD模型立即显示在屏幕上，用户可以继续探索整个工程项目和评估优化。该软件还支持外部交互设备，如动画或模拟过程，可以即时播放和观看。

为了展示这种奇特的基础设施，他们在房间里设置了一条带有传送带和机器人的物理装配线以完全模拟现实世界中得生产线。在该方案中物理模型和虚拟模型连接在一起同时工作，并由数字表单控制。

虚拟现实中的数字孪生允许人们与模型互动，讨论和操作，这是公司在预生产阶段真正的关键优势。它不仅能够帮助公司节省时间和金钱，还有助于各部门更好地理解项目。

工业4.0和数字孪生

工业4.0是2010年代初出现的概念。它指的是利用现代智能技术、大规模机器对机器通信（M2M）和物联网（物联网）技术，实现传统制造业和工业实践的自动化。如今，全球生产系统的运作方式正在发生根本性转变。因此，这是一个与数字孪生紧密相连的概念。

阿尔滕处于工业4.0实施的最前沿。他们认为人类必须是该系统的中心。阿尔滕智能工厂4.0研究项目的负责人弗朗索瓦·波蒂埃表示：“革命4.0必须造福人类，为我们提供做出预测和决策所需的所有信息，而这些信息仍将在人们的掌控之中。”