李柏松

數字孿生體（Digital Twin）是近年來工業4.0浪潮催生的新概念，為真實物理實體與虛擬空間信息的交互與融合提供了新的技術手段，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）在其技術發展路線圖（NASA Technology Roadmap）第十一個技術領域：模型、仿真、信息技術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，集成多學科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過程，在虛擬信息空間中對物理實體進行鏡像映射，反映物理實體行為、狀態或活動的全生命周期過程。 2015年，開始由復雜的飛行器領域向一般工業領域進行拓展應用及推廣。

數字孿生體具有一致性、動態性、預測性等顯著特點。一致性是指數字孿生體與物理實體的一致性，在虛擬信息空間中對物理實體進行精確鏡像映射，是物理實體的數字化復制品。動態性是指數字孿生體是動態變化的，與物理實體同生共長，實時動態更新物理實體行為、數據、狀態等信息。預測性是指數字孿生體能夠進行實時物理實體的監測、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化，通過物理實體管道系統對管道數字孿生體數據的實時反饋、交互融合及相互映射，使管道數字孿生體通過高度集成虛擬模型進行管網運行狀態仿真分析和智能調度決策，形成虛擬模型和實體模型的協同工作機制，達到二者的優化匹配和高效運作，實現管網動態迭代和持續優化�；�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，對數字孿生體進行更新，集成多學科、多物理量的仿真模擬分析，實現基于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、過程及狀態等，可實現管道從“出生”到“報廢”全生命周期的全業務、全過程信息化、可視化統一管理，可實現各個不同階段業務模型和數據的傳遞、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，為全過程質量追溯和持續完善提高管道系統提供依據和保障。

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