李柏松

數字孿生體（Digital Twin）是近年來(lái)工業(yè)4.0浪潮催生的新概念，為真實(shí)物理實(shí)體與虛擬空間信息的交互與融合提供了新的技術(shù)手段，正在逐漸成為歐美主要國家數字化轉型升級的重要抓手。

2011年，美國Michael Grieves教授正式提出數字孿生體概念。美國NASA（美國國家航空航天局）在其技術(shù)發(fā)展路線(xiàn)圖（NASA Technology Roadmap）第十一個(gè)技術(shù)領(lǐng)域：模型、仿真、信息技術(shù)與處理中也提出數字孿生體概念。至此，數字孿生體概念誕生。2012年， NASA正式給出數字孿生體的明確定義：數字孿生體是指充分利用物理模型、傳感器、運行歷史等數據，集成多學(xué)科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過(guò)程，在虛擬信息空間中對物理實(shí)體進(jìn)行鏡像映射，反映物理實(shí)體行為、狀態(tài)或活動(dòng)的全生命周期過(guò)程。 2015年，開(kāi)始由復雜的飛行器領(lǐng)域向一般工業(yè)領(lǐng)域進(jìn)行拓展應用及推廣。

數字孿生體具有一致性、動(dòng)態(tài)性、預測性等顯著(zhù)特點(diǎn)。一致性是指數字孿生體與物理實(shí)體的一致性，在虛擬信息空間中對物理實(shí)體進(jìn)行精確鏡像映射，是物理實(shí)體的數字化復制品。動(dòng)態(tài)性是指數字孿生體是動(dòng)態(tài)變化的，與物理實(shí)體同生共長(cháng)，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)更新物理實(shí)體行為、數據、狀態(tài)等信息。預測性是指數字孿生體能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)物理實(shí)體的監測、診斷和預測控制。下圖為輸油泵數字孿生體示例。

在調度優(yōu)化、設備維護、全生命周期管理等方面，數字孿生體具有良好的應用前景。

基于數字孿生體的調度優(yōu)化，通過(guò)物理實(shí)體管道系統對管道數字孿生體數據的實(shí)時(shí)反饋、交互融合及相互映射，使管道數字孿生體通過(guò)高度集成虛擬模型進(jìn)行管網(wǎng)運行狀態(tài)仿真分析和智能調度決策，形成虛擬模型和實(shí)體模型的協(xié)同工作機制，達到二者的優(yōu)化匹配和高效運作，實(shí)現管網(wǎng)動(dòng)態(tài)迭代和持續優(yōu)化�；�于數字孿生體的設備維護，即承接和繼承設計、采購、安裝調試階段的設備虛擬模型。根據實(shí)體設備的SCADA系統、設備監測系統、運行歷史等數據，對數字孿生體進(jìn)行更新，集成多學(xué)科、多物理量的仿真模擬分析，實(shí)現基于RCM、 RBI、 SIL的可靠性安全評估及基于故障案例庫的診斷，對設備的健康狀況進(jìn)行評估，預測設備故障及剩余壽命，給出設備維修維護策略。

基于數字孿生體的全生命周期管理，利用數字孿生體管理從規劃設計直至報廢處置的各個(gè)階段的全部對象、模型及數據，是管道系統在全生命周期的數字化檔案，反映其在全生命周期各階段的特征、行為、過(guò)程及狀態(tài)等，可實(shí)現管道從“出生”到“報廢”全生命周期的全業(yè)務(wù)、全過(guò)程信息化、可視化統一管理，可實(shí)現各個(gè)不同階段業(yè)務(wù)模型和數據的傳遞、交換及共享，能夠調用當前所處階段和共享以前階段的對象、模型及數據，為全過(guò)程質(zhì)量追溯和持續完善提高管道系統提供依據和保障。

作者簡(jiǎn)介：李柏松，男，1979 年生，高級工程師，2009 年博士畢業(yè)于中國石油大學(xué)（北京）機械設計專(zhuān)業(yè)，現主要從事管道設備、智慧管道相關(guān)研究工作。聯(lián)系方式： 0316-2170403，libaisong@petrochina.com.cn。