许昌学院电气与机械学院  王安梅

 

前言

数字孪生作为一种新兴的技术手段，在各个行业领域中的应用正逐步普及，尤其是在农业领域中，数字孪生为农机电子产品的设计优化提供了全新的思路方法。数字孪生是通过将实体物理世界与虚拟仿真世界进行无缝连接，实现实时数据获取，模拟仿真分析以及优化设计的一种全新技术，本文旨在探讨数字孪生在农机电子产品设计中的技术优势与应用前景，希望能够为农机电子产品的设计创新提供研究帮助。

1数字孪生的基本概念和原理

1.1数字孪生的定义

　　数字孪生是一种基于实体的实时数据与虚拟模型相结合的技术，通过创建一个数字副本来准确模拟物理实体的外观结构以及行为，然后反映其性能与运行状态。在数字孪生中，物理实体的实时数据包括各种感知数据、传感器数据及测量数据等，这些数据通过传感器与监测设备获取，并进行高频率的采集更新。而虚拟模型则是通过建模与仿真技术基于物理实体的几何形状、材料属性、运动特征以及行为模式等信息创建，并且可以基于物理定律与数学模型等算法进行计算预测。在数字孪生中物理实体的准确模拟是非常关键的，它需要考虑实体的几何形状、材料属性以及结构组成和工作原理等方面的信息，准确的物理模拟可以通过三维建模与仿真软件来实现，例如使用CAD软件进行几何建模，使用有限元分析软件进行力学仿真[1]。

1.2数字孪生的基本原理

　　数字孪生的基本原理是基于物联网与传感器等技术获取物理实体的实时数据，并将这些实时数据与虚拟模型相结合，虚拟模型可以是基于计算机辅助设计软件创建的，也可以是基于物理实体的替代物模型。在数字孪生中实时数据与虚拟模型之间的结合是通过数据采集传输及处理等技术实现的，通过物联网技术将各种传感器与感知设备跟物理实体连接起来，实时采集物理实体的各项数据，这些数据可以是温度、压力、湿度、振动、流量以及能耗等各种物理量的测量值，也可以是图像、声音或视频等各种感知数据。传感器与感知设备通过高频率采集更新数据，以此来反映物理实体的实时状态变化。将实时数据与虚拟模型相结合是通过数据传输与处理等技术来实现的，实时数据可以通过网络传输到计算机或云平台与虚拟模型进行比对匹配。对于基于计算机辅助设计软件创建的虚拟模型，可以通过与实时数据进行对比，实现对物理实体的外观结构、位置等方面的准确模拟；对于基于物理实体的替代物模型，则可以通过与实时数据进行比对,实现对物理实体行为性能的反映。