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1. 数字孪生

数字孪生，顾名思义，是指针对物理世界中的物体，通过数字化的手段来构建一个数字世界中一模一样的的实体，藉此来实现对物理实体的了解、分析和优化。

2002年密歇根大学教授Dr. Michael Grieves在发表的一篇文章中第一次提出了数字孪生概念，他认为通过物理设备的数据，可以在虚拟（信息）空间构建一个可以表征该物理设备的虚拟实体和子系统，并且这种联系不是单向和静态的，而是在整个产品的生命周期中都联系在一起。

在那之后，数字孪生的概念逐步扩展到了模拟仿真、虚拟装配和3D打印这些领域，而到了2014年以后，随着物联网技术、人工智能和虚拟现实技术的不断发展，更多的工业产品、工业设备具备了智能的特征，而数字孪生也逐步扩展到了包括制造和服务在内的完整的产品周期阶段，并不断丰富着数字孪生的形态和概念。

Digital Twin数字孪生：是充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。

Digital Twin是一种超越现实的概念，可以被视为一个或多个重要的、彼此依赖的装备系统的数字映射系统。

这个数字孪生体，不仅是对现实实体的虚拟再现，还可以模拟对象在现实环境中的行为。因此可以说，数字孪生是将物理对象以数字化方式在虚拟空间呈现，模拟其在现实环境中的行为特征。

数字孪生，以数字方式为物理对象创建高写实虚拟模型，并模拟、分析、预测其行为，为实现信息技术与制造业融合铺平了道路。借助数字孪生，可以集成复杂的制造工艺，实现产品设计，制造和智能服务等闭环优化，数字孪生将成为未来数字化企业发展的关键技术。

数字孪生服务包括设备服务、技术服务、测试服务、模拟服务、数据服务、知识服务、模型服务、算法服务等，此外，还有许多辅助服务，如物流服务、运维服务、金融服务等。

数字孪生这个能力是实现工业4.0的关键所在。其中，它非常重要的一个应用场景，就是用来训练AI。通过将真实世界进行1：1还原，来实现特定场景下AI算法的训练需求。而这样的还原，并非仅仅是视觉上的1：1还原，还包括对真实世界物理规则及运行规律的1：1还原，达到AI训练的强化叠加环境。

而在不断训练AI的过程中，数字孪生所构建的环境在不断学习，其不断通过自进化来将真实数据融入数字孪生平台，最终完成整个系统的AI化。基于AI进行不断自生长的数字孪生环境，会在更大场景中实现规划和预测，实现更多当前在真实世界不可想象的功能。

数字孪生的意义：

1. 更便捷，更适合创新
2. 更全面地测量
3. 更全面的分析和预测能力
4. 经验的数字化

2. 硬件在环（HiL）

• 虚拟控制器+虚拟对象=动态仿真系统，是纯粹的系统仿真
• 虚拟控制器+实际对象=快速控制原型(RCP)仿真系统，是系统的一种半实物仿真
• 实际控制器+虚拟对象=硬件在回路(HiL)仿真系统，是系统的另一种半实物仿真

Hil系统主要由三部分组成：硬件平台、实验管理软件和实时软件模型。

简单的讲：硬件在环测试（Hardware-in-the-Loop）可以比喻成F1用的模拟器，就是实体控制器+虚拟控制对象的半实物仿真。

左边的控制器是“瞎的”，他不管你右边虚线框里放的是真的汽车，飞机，还是一头大象，只要他能正常接收传感器和其他需要的信息（通过CAN信号和电信号），然后他发送正常的指令即可。

那么HiL台架正是利用了控制器的这个特点，通过中间的硬件接口接收控制器的控制指令（比如开关开闭的数字信号，或者是阀体的电流控制模拟信号），然后发送控制器需要的传感器和其他信号（比如压力，扭矩，温度信号）给控制器。

那么问题来了，这个硬件接口接收来的控制器控制信号用来控制谁呢？总不能真的去控制大象吧？然后这个接口要发送的传感器信号又来自哪里呢？

这就要说到HiL台架的核心了，也就是最右边的控制对象和运行环境。你不是不能测试软件就放飞飞机么？那我总能模拟这个假的放飞环境吧？你不是不能让电池过热么？那我总能用数学模型模拟电池过热吧？那些你不能做的，难以做到的，都可以用数字模型来模拟，这是HiL台架中“假的硬件”。

那发动机测试我喷油嘴还是比较容易连上去的吧，变速箱测试液压控制的阀体也还比较容易得到吧，那么这些系统我就可以把真的硬件连上去，作为负载，这是HiL台架中“真的硬件”。

假假真真，真真假假，只要你能权衡利弊，组合出来一个完整的控制对象和控制对象所处的运行环境，其他都是套路。

其实HiL（Hardware in the Loop）没有一个固定的定义和模式。有很多HiL台架是不连接任何真的负载，全部硬件和硬件运行环境都是模拟的，就是下面这种情况：

这时候的HiL从结构上看更像是一个PiL，当然评论里也有人说到ECU是 Hardware in the Loop 的Hardware所在，这个概念我也理解，但是我个人更愿意称类似的台架为 PiL (Processor in the Loop) 或者 Mini-HiL，这个主要是从实际软件量产项目的角度来说，PiL和HiL大多是直接连接完整量产ECU，在测试ASW核心功能上面并没有区别。

从成本和核心ASW功能测试效果来说，如果你不需要连接真实的控制对象硬件负载，那么用1/10完整HiL的成本都能搭一个PiL或者mini-HiL出来。有的时候硬件IO需要做额外的集成降低硬件成本，但是并不影响核心ASW功能测试。

3. 边缘计算

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工业互联网蓬勃发展离不开技术支撑，包括数字孪生、边缘计算、5G、IPV6、标识解析、TSN（时间敏感网络）、PON（无源光网络）等都是工业互联网的关键技术。

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1. https://baijiahao.baidu.com/s?id=1612730768875518690&wfr=spider&for=pc

2. https://www.iyiou.com/p/98516.html

3. http://www.sohu.com/a/314687904_100239431

4. https://www.jianshu.com/p/2c2d6cc63db1

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