以下案例來自于《數(shù)字孿生世界白皮書（2023版）》

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數(shù)字化模型的仿真技術(shù)是創(chuàng)建和運(yùn)行數(shù)字孿生體、保證數(shù)字孿生體與對(duì)應(yīng)物理實(shí)體實(shí)現(xiàn)有效閉環(huán)的核心技術(shù)。仿真是將包含了確定性規(guī)律和完整機(jī)理的模型轉(zhuǎn)化成軟件的方式來模擬物理世界的一種技術(shù)。只要模型正確，并擁有了完整的輸入信息和環(huán)境數(shù)據(jù)，就可以基本正確地反映物理世界的特性和參數(shù)。仿真技術(shù)不僅建立物理對(duì)象的數(shù)字化模型，還要根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)，通過物理學(xué)規(guī)律和機(jī)理來計(jì)算、分析和預(yù)測物理對(duì)象的未來狀態(tài)。這種仿真不是對(duì)一個(gè)階段或一種現(xiàn)象的仿真，應(yīng)是全周期和全領(lǐng)域的動(dòng)態(tài)仿真。

仿真興起于工業(yè)領(lǐng)域，主要是指運(yùn)用數(shù)值方法，通過計(jì)算機(jī)求解描述物理問題的數(shù)學(xué)方程，來模擬固體運(yùn)動(dòng)、結(jié)構(gòu)變形、氣體和液體的運(yùn)動(dòng)、熱交換、動(dòng)量傳遞、壓力變化、 化學(xué)反應(yīng)、電磁現(xiàn)象、能量轉(zhuǎn)換等等現(xiàn)象，幫助工程師理解物理過程，預(yù)測物理量的變化規(guī)律。

1、仿真模型構(gòu)建的通用技術(shù)路線

對(duì)于設(shè)備實(shí)時(shí)的數(shù)字孿生模型構(gòu)建通用技術(shù)方法主要分為五個(gè)階段：

第一階段試驗(yàn)測試與載荷識(shí)別：從機(jī)械設(shè)備中選擇核心零部件，對(duì)其最佳應(yīng)變片貼片位置進(jìn)行分析，并結(jié)合工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，確定零部件最優(yōu)貼片位置。然后進(jìn)行設(shè)備應(yīng)變實(shí)測試驗(yàn)，并記錄試驗(yàn)工況下，設(shè)備上所有應(yīng)變片的應(yīng)變數(shù)據(jù)。最后利用該應(yīng)變數(shù)據(jù)，基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)中位移頻響函數(shù)反推設(shè)備零部件所經(jīng)歷的載荷時(shí)間歷程。

第二階段訓(xùn)練數(shù)據(jù)生成：為了生成零部件應(yīng)力/變形場ROM(Reduce Order Modeling)，首先在機(jī)械設(shè)備所有可能工況載荷構(gòu)成的一組取值空間中，利用拉丁超立方方法進(jìn)行載荷工況采樣，獲得多組載荷工況的加載方案，然后進(jìn)行有限元仿真計(jì)算，并提取其計(jì)算結(jié)果文件。

第三階段降階模型生成：利用第一階段測試的應(yīng)變數(shù)據(jù)和計(jì)算得到的載荷時(shí)間歷程，依據(jù)響應(yīng)面擬合方法，構(gòu)建載荷識(shí)別ROM。此外利用第二階段生成的多組加載方案的有限元計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)，基于SVD+響應(yīng)面擬合的方法構(gòu)建應(yīng)力/變形場ROM。

第四階段數(shù)字孿生體模型建立：把第三階段中生成的載荷識(shí)別ROM和應(yīng)力/變形場ROM進(jìn)行連接，建立如下圖所示系統(tǒng)仿真模型。該系統(tǒng)模型可以根據(jù)設(shè)備零件上所貼應(yīng)變片的應(yīng)變數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)計(jì)算得到零件所承受的載荷時(shí)間歷程、零件的應(yīng)力/變形結(jié)果及云圖等數(shù)據(jù)。在系統(tǒng)仿真模型的基礎(chǔ)上，進(jìn)行設(shè)備零部件數(shù)字孿生模型的封裝，并編譯導(dǎo)出生成的數(shù)字孿生模型。

第五階段數(shù)字孿生體模型部署：對(duì)第四階段的數(shù)字孿生模型進(jìn)行進(jìn)一步的處理，為其搭建與外界連接的輸入輸出端口，方便數(shù)字孿生體模型脫離仿真運(yùn)行環(huán)境，部署到云端、微型計(jì)算機(jī)、離線設(shè)備等終端應(yīng)用。該數(shù)字孿生體模型可以對(duì)設(shè)備實(shí)時(shí)采集的應(yīng)變數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，實(shí)時(shí)得到其應(yīng)力/變形的數(shù)據(jù)、云圖等結(jié)果。

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