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中科大汪玉潔副教授和陳宗海教授團隊：智能制造和能源應(yīng)用管理中的數(shù)字孿生技術(shù)綜述

時間：2023-02-27 來源： 瀏覽：

中科大汪玉潔副教授和陳宗海教授團隊：智能制造和能源應(yīng)用管理中的數(shù)字孿生技術(shù)綜述

能源學(xué)人
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收錄于合集

以下文章來源于新能源與智能載運 ，作者GEITS編輯部

新能源與智能載運 .

Green Energy and Intelligent Transportation（新能源與智能載運）是北京理工大學(xué)和愛思唯爾出版集團（Elsevier）共同打造的綜合性高水平國際英文科技期刊，于2022年正式出版。

中科大汪玉潔副教授和陳宗海教授團隊：智能制造和能源應(yīng)用管理中的數(shù)字孿生技術(shù)綜述

近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)汪玉潔副教授和陳宗海教授團隊在本刊上發(fā)表了題為“A Survey of Digital Twin Techniques in Smart Manufacturing and Management of Energy Applications”的研究論文。該論文在團隊前期工作基礎(chǔ)上 系統(tǒng)地回顧了現(xiàn)有的數(shù)字孿生方法及其在能源領(lǐng)域的可能應(yīng)用，將數(shù)字孿生在能源系統(tǒng)中的應(yīng)用依據(jù)系統(tǒng)規(guī)模劃分為城市、電網(wǎng)、車輛、儲能四個層級，并從定義、分類、主要特征、案例研究和關(guān)鍵技術(shù)等不同角度對數(shù)字孿生技術(shù)進行了分析。

本文選自 Green Energy and Intelligent Transportation 2022年第2期

研究背景

隨著信息時代的到來，現(xiàn)代數(shù)字綠色能源系統(tǒng)正逐步智能化，使得新型智能化技術(shù)在能源系統(tǒng)中得到進一步應(yīng)用。 數(shù)字孿生技術(shù)作為與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、人工智能等相似的智能化技術(shù)，因其特性在多個領(lǐng)域得到研究與應(yīng)用，在新興智能化能源系統(tǒng)領(lǐng)域也是如此。 然而，數(shù)字孿生技術(shù)在不同領(lǐng)域中的應(yīng)用 側(cè)重點 不盡相同，同一領(lǐng)域中，不同集成程度的系統(tǒng)也需要發(fā)揮數(shù)字孿生的不同特點。 因此，需要 對數(shù)字孿生技術(shù)在能源領(lǐng)域的應(yīng)用進行系統(tǒng)集成層級劃分與總結(jié) 。

文章簡介

01  什么是數(shù)字孿生?

數(shù)字孿生的一般定義是 數(shù)字創(chuàng)建的物理實體的虛擬模型，它使用數(shù)據(jù)來模擬物理實體在真實環(huán)境中的行為 。它通過交互反饋、數(shù)據(jù)融合和分析，以及優(yōu)化控制、安全監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析的決策迭代優(yōu)化，提供物理實體的反饋和互操作性。數(shù)字孿生被定義為五個方面： 產(chǎn)品生命周期的模擬能力、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與物理資產(chǎn)的同步、實時數(shù)據(jù)的集成、物理空間的行為建模和虛擬系統(tǒng)的服務(wù) 。Werner Kritzinger等人則提出了將數(shù)字孿生分為 數(shù)字模型、數(shù)字陰影和數(shù)字孿生 三個子類別。數(shù)字模型意味著物理對象狀態(tài)的變化對數(shù)字對象沒有直接影響。數(shù)字陰影意味著物理對象狀態(tài)的改變導(dǎo)致數(shù)字對象狀態(tài)的變化。數(shù)字孿生則是物理對象或數(shù)字對象狀態(tài)的改變都會導(dǎo)致另一對象狀態(tài)的變化。

02  數(shù)字孿生的應(yīng)用

該論文總結(jié)了檢索到的文獻中與 應(yīng)用相關(guān) 的部分，強調(diào)了數(shù)字孿生應(yīng)用在 能源層面 的不同影響。另外，一些基于數(shù)字孿生的技術(shù)和方法將會出現(xiàn)在相關(guān)應(yīng)用中，本文根據(jù)未來可能的應(yīng)用場景對這些 技術(shù)和方法進行了分組 。重點介紹了 低碳城市、智能電網(wǎng)、電氣化交通和先進儲能系統(tǒng) 。圖1展示了智能能源在數(shù)字孿生中的應(yīng)用。圖2提供了管理低碳智慧城市與鋰離子電池先進制造和管理的解決方案，他們代表著能源層面由大到小的兩個方面，突出數(shù)字孿生應(yīng)用在不同規(guī)模下的特點。

圖 1 智能能源在數(shù)字孿生中的應(yīng)用

  圖2 鋰離子電池先進制造和管理解決方案

03  數(shù)字孿生相關(guān)技術(shù)

數(shù)字孿生技術(shù)與新一代信息技術(shù)以一種復(fù)雜的方式結(jié)合在一起，包括且不限于人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算、區(qū)塊鏈、邊緣計算、知識圖譜、機器學(xué)習(xí)等眾多技術(shù)。如圖3所示，本文詳細(xì)描述了 模型構(gòu)建階段、信息獲取階段、系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計階段和全生命周期管理中使用的關(guān)鍵技術(shù) 。多智能體模型構(gòu)建與知識庫的分析在知識圖譜的幫助下會更加便捷，知識管理語言與可視化能夠從不同角度對系統(tǒng)進行完善。數(shù)據(jù)傳輸方面，5G/6G可以被視為一種非常有前途的方法。云計算技術(shù)則在數(shù)據(jù)處理方面的優(yōu)勢更加明顯，云服務(wù)器中的處理可以大大提高模型操作的效率。系統(tǒng)平臺與邊端交互都是數(shù)字孿生能源服務(wù)框架的一部分，為智能化能源提供創(chuàng)新的解決方案。全生命周期管理則是數(shù)字孿生未來重要的發(fā)展方向，因此需要人機交互、數(shù)據(jù)可視化、故障診斷與預(yù)測等技術(shù)的支持。

  圖3  數(shù)字孿生相關(guān)技術(shù)

論文信息

原文鏈接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2773153722000147

引用格式：

Yujie Wang, Xu Kang, Zonghai Chen, A survey of Digital Twin techniques in smart manufacturing and management of energy applications, Green Energy and Intelligent Transportation, Volume 1, Issue 2, 2022, 100014, https://doi.org/10.1016/j.geits.2022.100014.

作者簡介

汪玉潔 （ 第一作者 ） ，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)自動化系副教授。主要從事節(jié)能與新能源汽車技術(shù)、復(fù)雜系統(tǒng)建模、仿真與控制、燃料電池系統(tǒng)管理與優(yōu)化等方面的研究工作，相關(guān)成果發(fā)表于 IEEE Transactions on Industrial Electronics ， IEEE Transactions on Transportation Electrification 等國際知名期刊。獲中國自動化學(xué)會自然科學(xué)一等獎（排2），教育部技術(shù)發(fā)明二等獎（排2），安徽省科學(xué)技術(shù)二等獎（排2）等。
康旭 ，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)自動化系碩士研究生。主要研究方向包括復(fù)雜系統(tǒng)建模、數(shù)字孿生、新能源汽車等。

陳宗海 ，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)自動化系教授、博士生導(dǎo)師。長期從事復(fù)雜系統(tǒng)建模仿真與控制、智能科學(xué)與技術(shù)、無人智能系統(tǒng)技術(shù)與應(yīng)用、新能源汽車與微電網(wǎng)能源管理理論與方法等方面的研究。在國際高水平期刊發(fā)表SCI論文100余篇，申請授權(quán)國家發(fā)明專利40余項，獲省部級科技獎勵10余項。擔(dān)任中國仿真學(xué)會常務(wù)理事、中國自動化學(xué)會理事、國際自動控制聯(lián)合會（IFAC）技術(shù)委員會委員、中國自動化學(xué)會系統(tǒng)仿真專業(yè)委員會主任、中國仿真學(xué)會應(yīng)用技術(shù)專業(yè)委員會主任等。

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期刊簡介

Green Energy and Intelligent Transportation （《新能源與智能載運》）是由北京理工大學(xué)(BIT)和愛思唯爾出版集團（Elsevier）共同打造的綜合性高水平國際化英文科技期刊，采用開放獲取(OPEN ACCESS, OA)平臺出版。 本刊已入選中國科技期刊卓越行動計劃高起點新刊項目。

期刊由中國工程院院士、科睿唯安“全球高被引科學(xué)家”、北京理工大學(xué)孫逢春教授擔(dān)任主編，國家萬人計劃、科技部中青年科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才、北京理工大學(xué)王震坡教授和IET Fellow、國家基金委優(yōu)秀青年獲得者、北京理工大學(xué)熊瑞教授擔(dān)任期刊執(zhí)行主編。

辦刊宗旨

本刊以刊發(fā)國際一流學(xué)術(shù)成果、引領(lǐng)新能源與智能載運科技創(chuàng)新、服務(wù)“交通強國”發(fā)展戰(zhàn)略為宗旨，旨在聚焦國際綠色能源技術(shù)、先進儲能技術(shù)以及具有低碳化、電動化、智能化、共享化等促進交通可持續(xù)發(fā)展的應(yīng)用技術(shù)，為國內(nèi)外專業(yè)研究學(xué)者和工程技術(shù)專家提供高水平的學(xué)術(shù)交流和信息傳播平臺。

聚焦領(lǐng)域

  • 先進儲能系統(tǒng)與技術(shù)

  • 交通電動化、智能化與網(wǎng)聯(lián)化

  • 電動運輸與電網(wǎng)的相互關(guān)系

  • 牽引用電力電子設(shè)備

  • 綠色智能交通基礎(chǔ)設(shè)施

  • 載運智能化與可持續(xù)發(fā)展

  • 新材料與輕量化技術(shù)在載運工具中的應(yīng)用

  • 綠色交通與可持續(xù)發(fā)展（包括碳中和）

  • 人工智能、新材料和新技術(shù)的應(yīng)用

辦刊成果

本刊已入選中國科技期刊卓越行動計劃高起點新刊項目。期刊收錄文章將在Elsevier官方網(wǎng)站ScienceDirect平臺上為廣大讀者提供免費閱讀和下載服務(wù)。

投稿網(wǎng)址

https://www.editorialmanager.com/geits/default1.aspx

期刊網(wǎng)址

https://www.journals.elsevier.com/green-energy-and-intelligent-transportation/

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Tel:  010-68948375

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