生成模型毕业论文

导语

最先进的人工智能算法已经开始在探测星系的演化、计算量子力学波函数、探索新的化合物等领域施展拳脚。那么，还有没有那种无法自动化而只能由科学家完成的工作？

如今的物理学和天文学实验会产生海量的数据，已经没有人或团队能够跟进所有的这些数据了。其中一些数据每天以TB级的规模增加，而且这个趋势不会减弱。在二十一世纪 20 年代中期射电望远镜 Square Kilometer Arra 将投入使用，它每年产生的数据量和整个互联网的数据量一样多。

面对数据洪流，许多科学家开始求助于人工智能。只需要少量的人工输入，人工智能系统（如神经网络）就能够在数据海洋中漫游，识别异常，挖掘出人类尚未发现的模式。

当然，利用计算机来辅助科学研究的历史可以追溯到约 75 年前，然而人类几千年前就在手工调查研究数据来寻找其中的有意义的模式。但是，近期一些科学家认为以机器学习、人工智能为代表的新技术能以一种全新的模式去进行科研工作。其中一种被称为生成模型的方法，能从对观测数据的诸多解释中找到最可信的理论，更为重要的是，该方法在研究中无需预先编入对于系统可能起作用的物理过程。其拥护者认为，生成模型的创新程度足可以被视为理解宇宙的潜在的“第三种方法”。

在传统上，我们是通过观测来了解自然的。回想一下，开普勒就是通过研究第谷的行星位置表，辨识潜在的行星运行模式，才得以推断出行星是沿椭圆轨道运行的。同样的，科学可通过模拟来获得进步。一位天文学家可能会模拟银河系及其邻近的仙女座星系的运动，并预测它们将在几十亿年后碰撞。观测和模拟都有助于科学家生成假设，然后用进一步的观测来检验假设，而生成模型不同于这两种方法。

瑞士联邦理工学院的天文物理学家 Kevin Schawinski 也是一位生成模型的积极支持者。他认为：“ 生成模型是介于观测和模拟之间的第三种方法，这是解决问题的另一种方式。”

Kevin Schawinski 是一名天体物理学家，他经营着一家名为 Modulos 的人工智能公司，他认为一种名为生成模型的技术提供了第三种了解宇宙的方式。

一些科学家仅仅把生成模型及其它新技术当作传统科研中的工具，但是大多数研究者都认为 AI 的影响力巨大，并且在科学研究领域会发挥越来越大的作用。费米国家加速器实验室的天体物理学家 Brian Nord 使用人工神经网络来研究宇宙。他担心没有什么是不能通过自动化完成的事情，“这个推测倒是有点令人恐慌。”

来自“生成”的探索

从研究生毕业时起，Schawinski 就因用数据驱动科学研究而闻名。在攻读博士学位期间，他面对的任务是，根据星系的外观数据对数千个星系进行分类。因为没有什么现成的软件能帮助他完成这项工作，他决定用众包的方式完成这项工作——于是，银河动物园（Galaxy Zoo）公民科学项目诞生了。

从 2007 年开始，普通的电脑用户只要记录下他们推测的星系最佳归类，就能帮助到天文学家。通过多数票胜出来判定，通常能带来正确的分类结果。

这是一个成功的项目，但 Schawinski 也注意到， AI 让这个模式过时了——今天，一个具有机器学习和云计算背景的天才科学家只需要花费一个下午就能完成这个工作。

在 2016 年，Schawinski 把目光投向了生成模型，这个强大的新工具。本质上来说，生成模型是在求解，当给定条件 X 和观测结果 Y 时，概率 P(X,Y) 有多大。这个方法已经被证明是非常有效的。

生成模型中最为著名的就是生成对抗网络（GAN）。经过充分的训练后，GAN 模型能够修复损坏和像素缺失的图像，也能让模糊的图像变得清晰。该模型通过竞争（对抗）来学习推断缺失的信息，这个神经网络的一部分被称作生成模型（generator）：生成虚拟的数据；另一部分被称为判别模型（discriminator）：把生成出来的虚假数据和真是数据分割开来。两个部分交替训练，逐步优化（类似于博弈）。

或许，你已经看过最近流传甚广的GAN生成的假面孔。正如那个标题所言“这些人并不存在却又真实得吓人”。

上面看到的脸孔都不是真实的，上面的 A 列，和左侧的 B 列都是由生成对抗网络（GAN）使用真实的面部元素构建的。然后，GAN 将 A 中的面部的基本特征（性别，年龄和脸形）与 B 中的面部的精细特征（头发颜色、眼睛颜色）相结合，构建出了上图表格中的所有人脸图像。

潜在空间

概括地说，生成模型获得数据（大多数是图像），并把他们分解成抽象的基本要素——科学家将其称为数据的“潜在空间”。算法能控制潜在空间中的元素，以此来探究这些元素如何影响原始的数据。这个方法有助于揭示该系统运作的物理过程。

潜在空间是一个抽象的难以想象的概念。不过我们可以做一个类比：当你在试图确定一个人脸的性别时，你的大脑可能在做什么呢？也许会注意到人的发型、鼻子的形状，甚至在运用一些你无法用言语描述的判断模式。同样的，计算机程序也在数据中寻找显著的特征。即便计算机并非不知道什么是性别，什么是小胡子，但如果我们提供给机器学习系统的数据集标注了“男性”和“女性”，并且一部分人还有一个标签叫“小胡子”，计算机能快速地推断出其中的关联性。

生成模型与星系演化

12月发表在《天文学与天体物理学》（Astronomy & Astrophysics）上的一篇论文中，Schawinski 与他在苏黎世联邦理工学院的同事 Dennis Turp 和 Ce Zhang 使用生成模型来研究星系在演化过程中所经历的物理变化。

因为他们使用的软件与 GAN 相似，但其在对潜在空间处理的技术与 GAN 有所差异，所以从技术角度来说这不是 GAN。他们的模型创建了人工数据集，去测试假设的物理过程。比如说，他们想知道恒星形成的“淬熄”（形成速率快速下降）与星系环境密度的增加之间的关系。

对 Schawinski 来说，关键问题是仅从数据中能挖掘出多少和恒星与星系演变相关的信息。“让我们忘却所有的关于天体物理学的知识。仅依靠数据本身，我们能在多大程度上重新发现这些知识？”

首先，星系的图片被压缩至他们的潜在空间，然后 Schawinski 在这个空间中调整元素，使其能对应上星系的特定环境变化，比如周围物质的密度。这样就有了一个假设生成器。通过重构这个星系，让大量原本处于低密度环境中的星系处于高密度环境中以此来看看带来了什么不同。

这三位研究者注意到随着星系从低密度环境走向高密度环境，它们的颜色会变得更红，恒星也变得更加集中。Schawinski 指出这一点与现有的星系观测相吻合，问题是，为什么会这样？

Schawinski 说，后续的工作还没有实现自动化，“人类必须参与其中，那么，什么样的物理原理可以解释这种效应？”对于这个过程，可能有两种解释，一是在高密度环境中，星系更红是因为其中包含了更多的尘埃；或者是因为恒星的形成减少了（换句话说，恒星更老了）。

现在有了生成模型，这两种思路都能接受检验。改变与与尘埃和恒星形成率相关的潜在空间元素，就能观测这种改变对星系颜色的影响。Schawinski 说：“答案很显然，星系更红是因为恒星形成率在下降，而不是因为尘埃。因此，我们应该采纳这个解释。”

利用生成模型，天体物理学家可以研究星系如何从低密度环境走向高密度环境，以及这些变化背后的物理原理。

生成模型相较于传统方式的优势

这种方法与传统的模拟方法相近，但与之有关键的差别。Schawinski 表示：“模拟本质上是由假设驱动的。也就是说，我们自认为已经洞悉了观测现象背后的物理法则。所以，我们把恒星形成规律、暗物质行为的原理等等这些我们自认为正确的假设放在一起，模拟运行。但是，模拟环境真的与实际情况吻合吗？”。他用生成模型所做的事情与模拟完全相反，“我们不知道任何事情，不做任何假设，我们希望数据本身能告诉我们可能会发生什么。”

生成模型在这项研究中取得的成功并不意味着天文学家和研究者就是多余的。但这似乎提醒研究者们——仅仅掌握了大量数据的人工智能系统就能够完成对天体物理学的学习。Schawinski 说：“这不是完全自动化的科学，但这意味着我们至少有能力去构建部分工具，使科学过程自动化。”

虽然生成模型非常强大，但这是否真的代表了一种新的科学研究方法还有待商榷。

对于纽约大学和 Flatiron 研究所的宇宙学家 David Hogg 来说，这项技术令人印象深刻，但充其量也只是一种从数据中提取模式特征的复杂方法——这是天文学家几个世纪以来都在做得事情。换而言之，这是观测、分析的高级形式。

和 Schawinski 相同，Hogg 的工作也充分应用人工智能；他一直在利用神经网络来对恒星进行基于光谱特征的分类，并使用数据启动的模型来推断恒星的其他物理属性。但是他认为他的工作和 Schawinski 的一样，都是经过检验的科学。Hogg 表示：“我不认为这是第三种方法。只是我们这个社群在对数据处理的方法上更加复杂而已。特别的是，我们越来越善于将数据与数据进行比较。但是依我看来，我的工作仍然是在做观测。”

人工智能：

勤奋而“难以捉摸”的科研助手

无论在概念上是否有创新性，人工智能和神经网络已经显然在当代天文学和物理学研究中发挥了关键作用。在海德堡理论研究所工作的物理学家 Kai Polsterer 领导着一个天体信息学小组，这个小组主要关注以数据为中心的天体物理学研究新方法。从星系数据集中提取红移信息曾经是一项艰巨的任务，而现在他们小组使用机器学习算法就能解决这个问题。

Polsterer 认为这些基于基于人工智能的新系统是“勤奋的助手”，可以连续处理数据数个小时而不抱怨单调无聊，不抱怨工作条件。这些系统可以完成所有枯燥乏味的繁重工作，研究者就能脱身去做“又酷又有趣的科学工作”。

Polsterer 警告说，这些系统并不是完美的，算法只能去做他们被训练过的事情，系统对输入的数据是“无感觉的”。给 AI 系统一张星系图片它可以估算其红移和年龄，但是你给同一个系统一张自拍照或者一张臭鱼烂虾的照片，它也会照方抓药估算出一个（错误的）年龄。Polsterer 认为，人类科学家的监督工作非常重要。工作还是要回到研究者身上，研究者才是要负责解释这些现象的人。

就这一点而言，费米实验室的 Nord 警告道，神经网络不仅要给出结果，也要给出相关的误差线，如果在科学研究中，你做了一个测量但没有报告相关的误差估计，就没有人会认真对待这个结果。

就像许多的人工智能研究员一样，Nord 也关注神经网络给出的结果的可解释性，通常来说，一个 AI 系统在给出结果时无法明确地表示出这个结果是如何获得的。

然而，并不是每个人都觉得结果不透明是一个必须关注的问题，法国CEA Saclay理论物理研究所的研究员 Lenka Zdeborová 指出，人类的直觉同样难以捉摸，给你看一张猫的图片，你能立刻认出这是一只猫，但是你并不知道你是怎样做到这一点的，从这个角度上来说，人的大脑就是个黑盒。

并不仅仅是天体物理学家和宇宙物理学家在向人工智能助力、数据驱动的科学研究发展。Perimeter 理论物理研究所和安大略滑铁卢大学的量子物理学家 Roger Melko 已经使用神经网络来解决该领域中的一些最棘手最重要的问题，例如多粒子系统的波函数的数学表示。

因为波函数的数学形式可能会随着它所描述的系统中的粒子数量呈指数级增长，这被 Melko 称为是“指数维度诅咒”，在这样的工作中 AI 就是不可缺少的组成部分了。

这个困难类似于在国际象棋和围棋中找到最好的走法：玩家会试图多看一步，想想对手会出什么招，然后再选择自己的最佳应对策略。但是随着思考步数的增加，复杂性也大为增加。

当然， AI 已经攻克了这两个领域。 1997 年 5 月 11 日，深蓝计算机在国际象棋领域战胜了人类；2017年4月10日，AlphaGo 战胜了柯洁，AI 在围棋领域战胜了人类。Melko 认为，量子物理学也面临同样的问题。

机器的思想

无论是 Schawinski 所声称的他找到的是科学研究的“第三方法”，还是如 Hogg 所说的这“仅仅是传统上的观测和数据分析”。我们可以明确的是， AI 正在改变科学探索的方式并且在加速科学发现，值得探讨的是，这场 AI 革命在科学领域能走多远？

有时候，人们会对“人工智能科学家”的成就大肆褒奖。十年前，一个名叫亚当的 AI 机器人化学家研究了面包师傅的酵母的基因组，并找出了负责制造某种特定氨基酸的是哪些基因。（亚当观察缺少某些特定基因的酵母菌落，并与拥有这些基因的菌落的行为进行比较，由此找到差异完成研究。）

当时Wired杂志的标题是：机器人独立完成科学发现。

最近，格拉斯哥大学的化学家 Lee Cronin 在使用机器人去随机混合化学物质，由此来观测会形成什么样的化合物，并通过质谱仪、核磁共振机和红外分光计实时监控反应，这个系统最终能学会预测哪些组合的化学反应最为剧烈。Cronin 表示即使这个系统不能带来新的发现，机器人系统也能让化学家的研究效率提高 90%。

去年，苏黎世联邦理工学院的另一组科学家们在训练神经网络从数据中推导物理定律。他们的系统类似于“机器人开普勒”，利用从地球上观测到的太阳和火星的位置信息，重新发现了日心说；并且通过观测小球碰撞模型发现了动能守恒。因为物理定律通常会有多种表述形式，科学家们想知道这个系统能否提供种更简洁的方法来思考已知的物理定律。

这些都是 AI 启动、助力科学探索的例子。尽管在每一个例子中，这些新方法的革命性都会收到争议。但在这个信息浩如烟海且高速增长的时代，最值得商榷的问题可能是：仅从数据中，我们能获得多少信息？

在《The Book of Why: The New Science of Cause and Effect》一书中，计算机科学家 Judea Pearl 和科学作家 Dana Mackenzie 断言到：数据“愚蠢至极”。他们写到：关于因果性的问题“永远不能仅凭数据去寻找答案”。

“每当你看到以无模型的方式分析数据的论文或研究时，你可以肯定的是这项研究成果仅仅是总结，或许做了转述，但绝对不是在解释数据。”Schawinski 对 Pearl 的观点抱有同感，“只使用数据”这个想法有点类似于“稻草人”。他也从未生成以这样的方式做因果推断。他想说的是：“和我们通常的工作相比，我们可以用数据多做点事。”

另一个经常听到的观点是：科学需要创造力。

可是到目前为止，我们还不知道，如何将创造力编入计算机。（Cronin 的机器人化学家只是在简单地尝试科研工作，似乎不能算是特别有创造力）Polsterer 认为：“创建一套理论，有理有据的理论，我认为需要创造力，而创造力离不开人类。”

然而，创造力来自何方呢？Polsterer 怀疑这和不喜欢无聊有关，这恐怕是机器所没有的体验。“要拥有创造力，你必须厌恶无聊，然而我认为电脑就永远不会感受到无聊。”然而，“创造力”、“灵感”却常常用来描述深蓝、AlphaGo 这样的 AI 程序。我们在描述机器的思想时的困难映射出我们在描述自己思维过程时的困难。

Schawinski 最近离开了学术界，去了私人企业。他现在经营着一家名为 Modulos 的初创公司，该公司雇佣了许多联邦理工学院的科学家。根据该公司的网站介绍，该公司位于“人工智能和机器学习这股风潮的风眼中”。无论当前人工智能技术和成熟的人工智能之间存在多大的差距，他和其他专家都认为机器已经准备好了去完成更多的科学家的工作。不过，AI 的局限性还有待考证。

Schawinski 畅想道：“在可以预见的未来，有没有可能去制造出一台能过发现物理定律、数学原理的机器，甚至超越当今最聪明的人类的能力极限？科学的未来终将被人力所不能及的机器所掌握么？这是一个好问题，但我不知道答案。”

毕业论文主成分分析模型

毕业论文必须要用实证。

拓展资料如下：

现在写论文都要求实证过程，就是利用模型拟合数据达到自己预期的结果，论文实证的模型主要有：普通回归，静态面板回归，动态面板回归，门槛回归，断点回归，两阶段回归，双重差分回归，分位数回归，逻辑回归，空间回归，结构方程还有时间序列等一系列的处理方法。

确定权重计算综合得分的模型主要有因子分析，主成分分析，熵值法，层次分析法还有综合迷糊评价法等等，本科生应用的模型可以稍微简单一些，普通回归，静态面板回归就差不多了，研究生毕业论文的模型要复杂一些，目前门槛和断点模型运用的比较广泛。

实证分析这一章直接决定了整篇文章的价值以及这篇文章能否顺利进行下去，因此对于现阶段的论文来说，实证分析章节是一篇文章最为核心的部分，也是每一位写毕业论文的同学应该最先处理的一个章节，只要这一章的内容搞定了，整篇文章水到渠成。

为什么说实证部分最重要应该最先写呢，第一，实证不通过整篇文章是没有意义的，没有写下去的必要，可能需要更换主题；第二，实证一旦通过，你最担忧的问题已经解决，并且你已经读了一些的文献，你对研究的主题有了较深的认识，整篇文章你已经做到了心中有数。

因此，各位同学，如果有实证要求，请一定先写实证部分，即使不写，也要把数据处理的结果先做出来。

如何做实证分析呢，首先一定明确自己的研究主题，因为研究主题一般就确定了实证模型的因变量和核心自变量，比如说“养老金收入与农村老年人口的劳动供给--基于断点回归的分析”，从标题中，我们可以确定文章的因变量是农村老年人口的劳动供给，自变量养老金收入，用到的模型是断点回归。

模型有三个层次：

第一个层次，简单的图表和指标，一般的问卷调查结果的展示都会采取这种方式，生动形象。

第二个层次，描述性统计，分析数据分布特征。

第三个层次，计量分析，建立模型。而计量分析又可以分为几个层次，第一层次是简单回归，包括双变量、多元回归，基本计量问题（共线性、异方差、自相关）的处理。

第二层次更专业点儿，包括模型设定误差检验与模型修正、特殊数据类型（时间序列、虚拟变量、面板数据等）的模型选择和处理、联立方程、VEC模型、VAR模型、条件异方差模型等；第三层次包括有序因变量、面板VAR、神经网络、分位数模型、季节调整模型等等。模型，建立一套研究范式，然后按此模型进行研究。

选题与预估计

问题1：暂定一个题目（包括研究对象、研究问题、拟使用的理论或方法等方面，可使用副标题，副标题一般指向研究方法或研究角度）。

问题2：给出研究目标与研究问题，并初步进行回答（研究之前必须要有预设的初步结论。所谓“实证分析”，可以将其看作是对所提出的初步结论的检验）。

问题3：给出文献综述（要求：①文献综述的内容必须与你的研究紧密相关，即根据自己研究的问题或内容梳理、概括相关文献（要注意相关性）；②文献综述要能构成你研究的基础，可将其视为你的研究的理论知识平台或背景；③文献综述必须能够引出你所研究的问题，即根据自己的边际贡献或研究特点评述已有文献（要注意针对性））。

问题4：论证你所研究的问题以及其重要性（先列出“重要性”的论点，然后给出相应的论据）。

问题5：尝试运用计量软件（如：Eviews、SPSS、STATA或R）导入数据，对数据进行初步描述性分析与预估计。

你所谓的模型我想大体有两种吧：一，是论文格式的范畴由以下几个方面组成：1、论文格式的论文题目：（下附署名）要求准确、简练、醒目、新颖。 2、论文格式的目录目录是论文中主要段落的简表。（短篇论文不必列目录） 3、论文格式的内容提要：是文章主要内容的摘录，要求短、精、完整。字数少可几十字，多不超过三百字为宜。 4、论文格式的关键词或主题词关键词是从论文的题名、提要和正文中选取出来的，是对表述论文的中心内容有实质意义的词汇。关键词是用作计算机系统标引论文内容特征的词语，便于信息系统汇集，以供读者检索。每篇论文一般选取3-8个词汇作为关键词，另起一行，排在“提要”的左下方。主题词是经过规范化的词，在确定主题词时，要对论文进行主题分析，依照标引和组配规则转换成主题词表中的规范词语。（参见《汉语主题词表》和《世界汉语主题词表》）。 5、论文格式的论文正文：（1）引言：引言又称前言、序言和导言，用在论文的开头。引言一般要概括地写出作者意图，说明选题的目的和意义, 并指出论文写作的范围。引言要短小精悍、紧扣主题。〈2）论文正文：正文是论文的主体，正文应包括论点、论据、论证过程和结论。主体部分包括以下内容： a.提出问题-论点； b.分析问题-论据和论证； c.解决问题-论证方法与步骤； d.结论。 6、论文格式的参考文献一篇论文的参考文献是将论文在研究和写作中可参考或引证的主要文献资料，列于论文的末尾。参考文献应另起一页，标注方式按《GB7714-87文后参考文献著录规则》进行。中文：标题--作者--出版物信息（版地、版者、版期）英文：作者--标题--出版物信息所列参考文献的要求是：（1）所列参考文献应是正式出版物，以便读者考证。（2）所列举的参考文献要标明序号、著作或文章的标题、作者、出版物信息。二，是文章自身结构的范畴例如一个论点要有几个论据组成，这几个论据要如何围绕此论点展开全方位的立体论述等。

模具自动成型压机毕业论文

摘要:介绍快速成型技术的原理,重点讨论了与快速成型相关的技术,并试图将此技术充分应用于产品设计评价,以期缩短产品的开发周期。关键词:快速成型;RP;反求工程引言随着科技进步和全球市场一体化的形成,现在工业正面临产品的生命周期越来越短的代写论文问题,作为一种新产品开发的重要手段,快速成型能够迅速将设计思想转化为产品的现代先进制造技术。它为零件原型制作、新设计思想的校验等方面提供了一种高效低成本的实现手段,提高产品研发的效率。1快速成型技术原理在工业产品设计过程中,设计师往往希望能快速由三维CAD模型,得到产品的实物模型,快速成型技术可以满足这种需求。快速成型(Rapid Prototyping,RP)技术是一种基于离散/堆积成型思想的新型成型技术,它根据零件或物体的三维模型数据,快速、精确地制造出零件或物体的实体模型。2关键技术制造工艺目前,世界上已有几十种不同的快速成型工艺方法,比较成熟的就有十余种。其中光固化成型法(Stereo Lithography Apparatus,SLA)、叠层实体制造法(Laminated Object Manufactur-ing,LOM)、熔融沉积法(Fused Deposition Model-ing,FDM)、选择性激光烧结法(Selective LaserSintering,SLS)和3DP(Three DimensionalPrinting and Gluing,也称3DPG)五种方法,在世界范围内应用最为广泛。对于RP制造工艺的研究,一方面是在原有技术基础上进行改进,另一方面是研究新的成型技术。新的成型方法,如三维微结构制造、生物活性组织的工程化制造、激光三维内割技术、层片曝光方式等。成型材料成型材料是决定快速成型技术发展的基本要素之一,它直接影响到原型的精度、物理化学性能以及应用等。与RP制造的4个目标(概念型、测试型、模具型、功能零件)相适应,使用的材料不同,概念型对材料成型精度和物理化学特性要求不高,主要要求成型速度快。如对光固化树脂,要求较低的临界曝光功率、较大的穿透深度和较低的粘度。测试型对于材料成型后的强度、刚度、耐温性、抗蚀性等有一定要求,以满足测试要求。如果用于装配测试,则对于材料成型的精度还有一定要求。模具型要求材料适应具体模具制造要求,如对于消失模铸造用原型,要求材料易于去除。快速功能零件要求材料具有较好的力学性能和化学性能。从解决的方法看,一个是研究专用材料以适应专门需要;另一个是根据用途分类,研究几类通用材料以适应多种需要。加工精度影响成型件精度的主要因素有两方面:一是由CAD模型转换成STL格式文件以及随后的切片处理所产生的误差;二是成型过程中制件翘曲变形,成型后制件吸入水分,以及由于温度和内应力变化等所造成的无法精确预计的变形。为了解决第一类问题,正在研制直接切片软件和自适应切片软件。所谓直接切片是不将CAD模型转换成STL格式文件,而直接对CAD模型进行切片处理,得到模型的各截面层轮廓信息,从而可以减少三角面近似化带来的误差,所谓自适应切片是快速成型机能根据成型零件表面的曲率和斜率自动调整切片的厚度,从而得到高品质的光滑表面。为解决第二类问题,正在研究、开发新的成型方法、新的成型材料及成型件表面处理方法,使成型过程中制件的翘曲变形小,成型后能长期稳定不变形。与RP技术相关软件软件是RP系统的灵魂,其中作为CAD到RP接口的数据转换和处理软件是其关键。不同CAD系统所采用的内部数据格式不同,RP系统无法一一适从,这就要求有一种中间数据格式既便RP系统接受又便于不同CAD系统生成,STL(Stereo Lithography)格式应运而生了,STL文件是用大量空间小三角形面片来近似逼近实体模型。由于STL格式具有易于转换、表示范围广、分层算法简单等特点,为大多数商用快速成形系统所采用,现己成为快速成形行业的工业标准。但是,STL模型也存在许多不足之处:精度不足。由于STL模型用大量小三角形面片来近似逼近CAD模型表面,造成STL模型对产品几何模型的描述存在精度损失,并且在对多张曲面进行三角化时,在曲面的相交处往往产生裂缝、孔洞、覆盖及相邻面片错位等缺陷。数据冗余度大。STL模型不包含拓扑信息,三角形面片的公用点、边单独存储,数据的冗余度大。随着网络时代的到来,STL模型数据冗余大的不足也使其不利于远程RF的数据传输,难以有效支持远程制造。3快速成型技术的应用在外观及人机评价中的应用新产品开发的设计阶段,虽然可借助设计图纸和计算机模拟,但并不能展现原型,往往难以做出正确和迅速的评价,设计师可以通过制作样机模型达到检验的目的。传统的模型制作中主要采用的是手工制作的方法,制作工序复杂,手工制作的样机模型不仅工期长,而且很难达到外观和结构设计要求的精确尺寸,因而其检查外观及人机设计合理性的功能大打折扣。快速成型设备制作的高精度、高品质样机与传统的手工模型相比较可以更直观地以实物的形式把设计师的创意反映出来,方便产品的外观造型和人机特性评价。现在的快速成型加工得到的成型件都是单一颜色,颜色主要由材料决定,为了对产品色彩外观进行评价,有时需要手工涂色,随着彩色成型技术的发展,这方面的问题可以解决。人机评价主要包括成型件尺寸及操作宜人性,快速成型可以很好地满足这方面的要求。在产品结构评价中的应用通过快速成型制成的样机和实际产品一样是可装配的,所以它能直观地反映出结构设计合理与否,安装的难易程度,使结构工程师可以及早发现和解决问题。由于模具制造的费用一般很高,比较大的模具往往价值数十万乃至几百万,如果在模具开出后发现结构不合理或其他问题,其损失可想而知。而应用快速成型技术的样机制作可以把问题解决在开出模具之前,大大提高了产品开发的效率。与反求工程结合反求工程(Reverse Engineering,RE)也称逆向工程,就是用一定的测量手段对实物或模型进行测量,然后根据测量数据通过三维几何建模方法重建实物的CAD数字模型,从而实现产品设计与制造过程。对于大多数产品来说,可以在通用的三维CAD软件上设计出它们的三维模型,但是由于对某些因素,如对功能、工艺、外观等的考虑,一些零件的形状十分复杂,很难在CAD软件上设计出它们的实体模型,在这种情况下,可以通过对模型测量和数据处理,获得三维实体模型。作为一种新产品开发以及消化、吸收先进技术的重要手段,反求工程和快速成型技术可以胜任消化外来技术成果的要求。对于已存在的实体模型,可以先通过反求工程,获取模型的三维实体,经过对三维模型处理后,使用快速成型技术,实现产品的快速复制,缩短了产品开发周期,大大提高产品的开发效率。结束语快速成型技术可以大大缩短产品的开发周期,满足产品的个性化、多样化需求,在工业设计中得到广泛应用。但由于该技术的制作精度、强度和耐久性还不能满足工程实际的需要,加之设备的运行及制作成本高,一定程度上制约着RP技术的普遍推广。随着研究的不断深入,制约快速成型发展的因素会逐步解决,应用领域会不断得到拓展。参考文献[1]孙秀英.面向RP的VRML模型浏览与分层研究[D].西安科技大学,2006.[2]丘宏扬,谢嘉生,刘斌.快速成型技术研究中的若干关键问题[J].锻造机械,2001.[3]徐江华,张敏.快速成型技术在工业设计中的应用[J].包装工程,2004

模具毕业论文引言模具论文模具是一种技术密集、资金密集型产品，在我国国民经济巾的地位也非常重要。模具工业已被我国正式确定为基础产业，并在“十五”中列为重点扶持产业。由于新技术、新材料、新工艺的不断发展，促使模具技术不断进步，对人才的知识、能力、素质的要求也在不断提高。根据社会发展对模具专业学生的新要求以教学生的实际情况，探圳大学工程技术学院对99级模具设计方向学生的毕业设计的进行了较大的改节，并取得了较好的效果。2模具专业学生培养目标赣江学院模具设计与制造专业主要是从事注射模的设计与制造。为了明确本方向的培养目标，我们对江苏、浙江，特别是其周边地区模具企业进行了比较广泛的社会调查，调查结果表明，用人单位要求毕业生有较高的思想品质和道德修养，爱岗敬业和较好的与人协调共事能力，要求毕业生基础理论扎实，着重基本技能的掌握和再学习能力，要求毕业生熟练掌握外语，有一定的计算机软件应用和开发能力。根据调查结果分析，我们把模具专业人才培养的规格定位于：面向各类型企业，培养爱岗敬业，具备机械及各类模具设计与制造基础知识，具有较强的再学习能力和创造能力，能在模具生产第一线从事模具设计制造、技术开发、应用研究和经营销售的应用型工程技术和管理人才。据此把拓宽专业口径，课程体系合理，教学内容优化、实验研究能力强，社会适应面宽，作为本方向教学的基本指导思想，将模具设计理论、实践与及计算机应用融合为一体。3计算机技术在注射模中的应用领域塑料产品从设计到成型生产是一个十分复杂的过程，它包括塑料制品设计、模具结构设计、模具加工制造和塑件生产等几个工要方面。它需要产品设计师．模具设计师、模具加工工艺师及熟练操作工人协同努力来完成，它是一个设计、修改、再设计的反复迭代、不断优化的过程。传统的手工设计已越来越难以满足市场激烈竞争的需要。计算机技术的运用，正在各方面取代传统的手工设计方式，并取得了显著的经济效益。计算机技术在注射模中的应用主要表现在以下几个方面：(1)塑料制品的设计：基于特征的三维造型软件为设计者提供了方便的设计平台，而且制品的质量、体积等各种物理参数为后续的模具设计和分析打下了良妤的基础。(2)结构分析：利用有限元分析软件可以对制品的强度、应力等进行分析，改善制品的结构设计。(3)模具结构设计：根据塑料制品的形状、精度、大小、工艺要求和生产批量，模具设计软件会提供相应的设计步骤、参数选择．计算公式以及标准模架等，最后给出全套模几结构设计图。(4)模具开合模运动仿真：运用CAD技术可对模具开模、合模以及制品被推出的全过程进行仿真，从而检查出模具结构设计的不合理处，并及时更正，以减少修模时间。(5)注射过程数值分析：采用CAE方法可以模拟塑料熔体在模腔中的流动与保压过程，其结果对改进模具浇注系统及调整注塑工艺参数有着重要的指导意义，同时还可检验模具的刚度和强度、制品的翘曲性、模壁的冷却过程等。(6)数控加工：利用数控编程软件可模拟刀具在三维曲面上的实时加工过程并显示有关曲面的形状数据，同时还可自动生成数控线切割指令、曲面的三轴，五轴数控铣削刀具轨迹等。目前，国际上占主流地位的注射模CAD软件有Pro/E、I-DEAS、UGⅡ、SolidWorks等；结构分析软件有MSC、Analysis等；注射过程数值分析软件有MoldFlow等；数控加工软件有MasterCAM、Cimatron等。4模具专业毕业设计模式模具专业的学生要求综合知识和实践能力较强，它既是学生大学四年所学的机械制图、工程材料、公差配合与技术测量、塑料成型工艺与设备等技术基础课、专业课的综合应用，又需要学生了解大量的实践经验。通过毕业设计，应使学生在下述基本能力上得到培养和锻炼：①塑料制品的设计及成型工艺的选择；②一般塑料制品成型模具的设计能力；③塑料制品的质量分析及工艺改进、塑料模具结构改进设计的能力；④了解模具设计的常用商业软件以及同实际设计的结合，以往的毕业设计严格来说只能算是模具设计这门课的课程设计；老师指定一个塑料产品，有时甚至连产品模型图都交给学生，学生按照谍本上的模具设计步骤一步步做下去，由于没有实践经验，学校也不可能将学生的设计变成实际产品，因此，设计的合不合理，学生不知道，即使有经验的老师指不出不合理处，学生也没有感性认识，只能是纸上谈兵。学生踏人社会，从事实际产品设计，往往会发现无从下手，即使设计出来也是废纸一张，通常都要通过1到2年的时间才能入门。

冲压模具设计中对机械运动的控制和运用摘要：在冲压过程中，机械运动贯穿始终。各种冲压工艺的实现都有其基本运动机理，这种运动是与模具密切相关的，各种模具的结构设计和力学设计最终都是为了满足其能够实现特定运动的要求。设计的模具能否严格完成实现冲压工艺所需的运动，直接影响到冲压件的品质，所以在模具设计中应对机械运动进行控制。同时为了达到产品形状尺寸的要求，不能够拘泥或局限于各种工艺基本运动模式中，而应不断发展和创新，在模具设计中对机械运动灵活运用。关键词：冲压模具设计，机械运动，控制，灵活运用1.引言本论文是以冲压工艺学基本理论为依据，通过对各种冲压工艺基本运动的分析，提出了对冲压模具设计的要求。首先阐述冲压过程中，机械运动的基本概念，然后逐项分析了冲裁、弯曲、拉深工艺的基本运动机理，指出模具设计中应着重控制到的内容，并介绍了在模具设计中对机械运动灵活运用的方法和一些实例。最后总结了根据具体情况进行产品工艺运动分析的方法，并强调在模具设计中，对机械运动的控制和灵活运用对提高设计水平和保证冲压件品质的重要意义。2.冲压过程中机械运动的概述冷冲压就是将各种不同规格的板料或坯料，利用模具和冲压设备（压力机，又名冲床）对其施加压力，使之产生变形或分离，获得一定形状、尺寸和性能的零件。一般生产都是采用立式冲床，因而决定了冲压过程的主运动是上下运动，另外，还有模具与板料和模具中各结构件之间的各种相互运动。机械运动可分为滑动、转动和滚动等三种基本运动形式，在冲压过程中都存在，但是各种运动形式的特点不同，对冲压的影响也各不相同。既然冲压过程存在如此多样的运动，在冲压模具设计中就应该对各种运动进行严格控制，以达到模具设计的要求；同时，在设计中还应当根据具体情况，灵活运用各种机械运动，以达到产品的要求。冲压过程的主运动是上下运动，但是在模具中设计斜楔结构、转销结构、滚轴结构和旋切结构等，可以相应把主运动转化为水平运动、模具中的转动和模具中的滚动。在模具设计中这些特殊结构是比较复杂和困难，成本也较高，但是为了达到产品的形状、尺寸要求，却不失为一种有效的解决方法。3.冲裁模具中机械运动的控制和运用冲裁工艺的基本运动是卸料板先与板料接触并压牢，凸模下降至与板料接触并继续下降进入凹模，凸、凹模及板料产生相对运动导致板料分离，然后凸、凹模分开，卸料板把工件或废料从凸模上推落，完成冲裁运动。卸料板的运动是非常关键的，为了保证冲裁的质量，必须控制卸料板的运动，一定要让它先于凸模与板料接触，并且压料力要足够，否则冲裁件切断面质量差，尺寸精度低，平面度不良，甚至模具寿命减少。按通常的方法设计落料冲孔模具，往往冲压后工件与废料边难以分开。在不影响工件质量的前提下，可以采用在凸凹模卸料板上增加一些凸出的限位块，以使落料冲孔运动完成后，凹模卸料板先把工件从凹模中推出，然后凸凹模卸料板再把废料也从凸凹模上推落，这样一来，工件与废料也就自然分开了。对于一些有局部凸起的较大的冲压件，可以在落料冲孔模的凹模卸料板上增加压型凸模，同时施加足够的弹簧力，以保证卸料板上压型凸模与板料接触时先使材料变形达到压型目的，再继续落料冲孔运动，往往可以减少一个工步的模具，降低成本。有些冲孔模具的冲孔数量很多，需要很大冲压力，对冲压生产不利，甚至无足够吨位的冲床，有一个简单的方法，是采用不同长度的2～4批冲头，在冲压时让冲孔运动分时进行，可以有效地减小冲裁力。对那些在弯曲面上有位置精度要求高的孔（例如对侧弯曲上两孔的同心度等）的冲压件，如果先冲孔再弯曲是很难达到孔位要求的，必须设计斜楔结构，在弯曲后再冲孔，利用水平方向的冲孔运动可以达到目的。对那些翻边、拉深高度要求较严需要做修边工序的，也可以采用类似的结构设计。4.弯曲模具中机械运动的控制和运用弯曲工艺的基本运动是卸料板先与板料接触并压死，凸模下降至与板料接触，并继续下降进入凹模，凸、凹模及板料产生相对运动，导致板料变形折弯，然后凸、凹模分开，弯曲凹模上的顶杆（或滑块）把弯曲边推出，完成弯曲运动。卸料板及顶杆的运动是非常关键的，为了保证弯曲的质量或生产效率，必须首先控制卸料板的运动，让它先于凸模与板料接触，并且压料力一定要足够，否则弯曲件尺寸精度差，平面度不良；其次，应确保顶杆力足够，以使它顺利地把弯曲件推出，否则弯曲件变形，生产效率低。对于精度要求较高的弯曲件，应特别注意一点，最好在弯曲运动中，要有一个运动死点，即所有相关结构件能够碰死。有些工件弯曲形状较奇特，或弯曲后不能按正常方式从凹模上脱落，这时，往往需要用到斜楔结构或转销结构，例如，采用斜楔结构，可以完成小于90度或回钩式弯曲，采用转销结构可以实现圆筒件一次成型。值得一提的是，对于有些外壳件，如电脑软驱外壳，因其弯曲边较长，弯头与板料间的滑动，在弯曲时，很容易擦出毛屑，材料镀锌层脱落，频繁抛光弯曲冲头效果也不理想。通常的做法是把弯曲冲头镀钛，提高其光洁度和耐磨性；或者在弯曲冲头R角处嵌入滚轴，把弯头与板料的弯曲滑动转化为滚动，由于滚动比滑动的摩擦力小得多，所以不容易擦伤工件。5.拉深模具中机械运动的控制和运用拉深工艺的基本运动是，卸料板先与板料接触并压牢，凸模下降至与板料接触，并继续下降，进入凹模，凸、凹模及板料产生相对运动，导致板料体积成形，然后凸、凹模分开，凹模滑块把工件推出，完成拉深运动。卸料板和滑块的运动非常关键，为了保证拉深件的质量，必须控制卸料板的运动，让它先于凸模与板料接触，并且压料力要足够，否则拉深件容易起皱，甚至裂开；其次应确保凹模滑块压力足够，以保证拉深件底面的平面度。拉深复合模设计合理，可以很好地控制结构件的运动过程，达到多工序组合的目的。例如典型的落料拉深切边冲孔复合模具的设计。另外，有些装饰品和日用品的拉深件需要有卷边（或滚边）工序，模具设计中也用到了滚轴结构，所以在卷边过程中滚动的摩擦力非常小，不容易擦伤工件表面。对那些需要在马达中旋转的拉深结构件,切边的高度、跳动度等要求相当高，需要在模具中设计特别的旋切结构，利用旋转（切）运动修边，不仅能保证切边的尺寸精度高，甚至切边的毛刺及冲切纹路亦相当美观。值得一提的是，此旋切结构在实际设计改良后，已经非常易于模具加工制作，并且已运用于连续拉深模具当中。6.连续模具中机械运动的控制和运用连续模具中常常同时包括了冲裁、弯曲和拉深等冲压工艺，因而其冲压过程中的机械运动也包括了这三种工艺的基本运动模式，对连续模具中运动的控制，应分成各基本工艺分别进行控制。通常连续模具要求不断加快冲压速度，提高生产效率，有些形状较复杂、较特别的冲压件，其冲压运动较费时，在连续模具设计中可以分解成效率较高的冲压运动。例如，工程膨胀螺钉圆筒件在连续模具设计中即可将其圆筒成型运动分解为两侧90度圆弧弯曲～中间60度圆弧弯曲～整体抱圆～圆度校正四个工序，不仅提高效率，亦能保证冲压件圆度。需要特别指出的是，连续模具因为在实际生产中还牵涉到送料机、吹风装置等，在设计中应充分考虑到这些因素，让冲床、模具、送料机和吹风装置的运动在时间上配合好，连续模具才能真正顺利生产。7.结束语尽管各种工艺的基本运动原理是不同的，但是也有共同点，就是卸料板（或滑块）的运动是重要的控制因素。实际上，在模具设计当中，产品的冲压工艺不可能都象各种工艺的基本运动那样简单，应当要根据具体情况对产品工艺作好运动分析，再据此作进一步的设计。在对产品工艺运动作分析时，应主要考虑其必要性、时间性、可行性，还应具有创造性。必要性是指运用基本运动原理判断需要那些运动来实现产品工艺；时间性是指所需各项运动的先后顺序；可行性是指能否通过结构设计和力学设计来实现所需运动；创造性是指在前述运动无法被实现或运动无法完全实现产品工艺的情况下，要善于大胆采用新方法去努力实现产品工艺，也就是前面所说的对机械运动的灵活运用。冲压过程存在多种多样的机械运动，而各种机械运动对冲压工艺实现与冲压件品质的影响也各不相同，因而在冲压模具设计中对机械运动的控制和灵活运用对提高设计水平和保证冲压件品质具有重要意义。

冲压成型模具设计毕业论文

我教你 Q517656868

需要的话加毕业论文垫片冲裁模设计，共29页，8454字，附零件图、装配图。摘要当今社会的进步和发展，使原有的商品已经不能满足人们对物质的需求，然而有些商品的制造必须依靠模具才能够生产加工出来。因此，模具的发展与人们的生活关系越来越紧密。我们利用模具加工各种的工件，以便来满足人们的需要，模具的发展给我们带来了新的生活，新的时代。在这次设计中根据所给题目的要求，我首先对冲压件进行了分析，分析该零件的尺寸精度得出用一般精度的模具即可满足零件精度的要求，再从零件的形状、尺寸标注及生产批量等情况看，选择了冲孔落料的方案。根据对零件的综合分析，在本人这次设计中我设计的模具是正装冲孔落料模，主要介绍的是模具的冲孔落料，冲压生产中应用最广泛的工序之一。由于材料和厚度的原因，我采用的加工方法为：采用复合工序冲孔落料模进行加工。关键词：冲孔落料搭边

好好学习天天向上。

现代模具制造技术朝着加快信息驱动、提高制造柔性、敏捷化制造及系统化集成的方向发展。一、高速铣削：第三代制模技术� 高速铣削加工不但具有加工速度高以及良好的加工精度和表面质量，而且与传统的切削加工相比具有温升低(加工工件只升高3℃)，热变形小，因而适合于温度和热变形敏感材料(如镁合金等)加工；还由于切削力小，可适用于薄壁及刚性差的零件加工；合理选用刀具和切削用量，可实现硬材料(HRC60)加工等一系列优点。因此，高速铣削加工技术仍是当前的热门话题，它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向发展，成为第三代制模技术。� 二、电火花铣削和“绿色”产品技术� 从国外的电加工机床来看，不论从性能、工艺指标、智能化、自动化程度都已达到了相当高的水平，目前国外的新动向是进行电火花铣削加工技术(电火花创成加工技术)的研究开发，这是一种替代传统的用成型电极加工型腔的新技术，它是用高速旋转的简单的管状电极作三维或二维轮廓加工(像数控铣一样)，因此不再需要制造复杂的成型电极，这显然是电火花成形加工领域的重大发展。目前，电火花加工机床的主要问题是辐射骚扰，因为它对安全、环保影响较大，在国际市场越来越重视“绿色”产品的情况下，作为模具加工的主导设备电火花加工机床的“绿色”产品技术，将是今后必须解决的难题。� 三、新一代模具CAD/CAM软件技术�目前，英、美、德等国及我国一些高等院校和科研院所开发的模具软件，具有新一代模具CAD/CAM软件的智能化、集成化、模具可制造性评价等特点。新一代模具软件应建立在从模具设计实践中归纳总结出的大量知识上。这些知识经过了系统化和科学化的整理，以特定的形式存储在工程知识库中并能方便地被模具所调用。在智能化软件的支持下，模具CAD不再是对传统设计与计算方法的模仿，而是在先进设计理论的指导下，充分运用本领域专家的丰富知识和成功经验，其设计结果必然具有合理性和先进性。� 新一代模具软件以立体的思想、直观的感觉来设计模具结构，所生成的三维结构信息能方便地用于模具可制造性评价和数控加工，这就要求模具软件在三维参数化特征造型、成型过程模拟、数控加工过程仿真及信息交流和组织与管理方面达到相当完善的程度并有较高集成化水平。衡量软件集成化程度的高低，不仅要看功能模块是否齐全，而且要看这些功能模块是否共用同一数据模型，是否以统一的方式形成全局动态数据库，实现信息的综合管理与共享，以支持模具设计、制造、装配、检验、测试及投产的全过程。� 模具可制造性评价功能在新一代模具软件中的作用十分重要，既要对多方案进行筛选，又要对模具设计过程中的合理性和经济性进行评估，并为模具设计者提供修改依据。� 在新一代模具软件中，可制造性评价主要包括模具设计与制造费用的估算、模具可装配性评价、模具零件制造工艺性评价、模具结构及成形性能的评价等。� 新一代软件还应有面向装配的功能，因为模具的功能只有通过其装配结构才能体现出来。采用面向装配的设计方法后，模具装配不再是逐个零件的简单拼装，其数据结构既能描述模具的功能，又可定义模具零部件之间相互关系的装配特征，实现零部件的关联，因而能有效保证模具的质量。� 四、先进的快速模具制造技术� 1、激光快速成型技术(RPM)发展讯速，我国已达到国际水平，并逐步实现商品化。世界上已经商业化的快速成形工艺主要有SLA(立体光刻)、LOM(分层分体制造)、SLS(选择性激光烧结)、3D-P(三维印刷)。�清华大学最先引进了美国3D公司的SLA250(立体光刻或称光敏树脂激光固化)设备与技术并进行开发研究，经几年努力，多次改进，完善、推出了“M-RPMS-型多功能快速原型制造系统”(拥有分层实体制造-SSM、熔融挤压成型-MEM)，这是我国自主知识产权的世界唯一拥有两种快速成形工艺的系统(国家专利)，具有较好的性能价格比。2、无模多点成形技术是用高度可调的冲头群体代替传统模具进行板材曲面成形的又一先进制造技术，无模多点成形系统以CAD/CAM/CAT技术为主要手段，快速经济地实现三维曲面的自动成形。吉林工大承担了有关无模成形的国家重点科技攻关项目，已自主设计并制造了具有国际领先水平的无模多点成形设备。�五、现场化的模具检测技术�精密模具的发展，对测量的要求越来越高。精密的三坐标测量机，长期以来受环境的限制，很少在生产现场使用。新一代三座标测量机基本上都具有温度补偿及采用抗振材料，改善防尘措施，提高环境适应性和使用可靠性，使其能方便地安装在车间使用，以实现测量现场化的特点。�

数字孪生模型毕业论文

不存在、破损的、无法公开的文化文物可以通过数字孪生还原，现存的文化文物也可以通过数字孪生更好地保护延长生命周期。

Digital twin最为重要的启发意义在于，它实现了现实物理系统向赛博空间数字化模型的反馈。这是一次工业领域中，逆向思维的壮举。人们试图将物理世界发生的一切，塞回到数字空间中。只有带有回路反馈的全生命跟踪，才是真正的全生命周期概念。这样，就可以真正在全生命周期范围内，保证数字与物理世界的协调一致。

各种基于数字化模型进行的各类仿真、分析、数据积累、挖掘，甚至人工智能的应用，都能确保它与现实物理系统的适用性。这就是Digital twin对智能制造的意义所在。

智能系统的智能首先要感知、建模，然后才是分析推理。如果没有Digital twin对现实生产体系的准确模型化描述，所谓的智能制造系统就是无源之水，无法落实。

原理

最早，数字孪生思想由密歇根大学的Michael Grieves命名为“信息镜像模型”（Information Mirroring Model），而后演变为“数字孪生”的术语。

数字孪生也被称为数字双胞胎和数字化映射。数字孪生是在MBD基础上深入发展起来的，企业在实施基于模型的系统工程（MBSE）的过程中产生了大量的物理的、数学的模型，这些模型为数字孪生的发展奠定了基础。

2012年NASA给出了数字孪生的概念描述：数字孪生是指充分利用物理模型、传感器、运行历史等数据，集成多学科、多尺度的仿真过程，它作为虚拟空间中对实体产品的镜像，反映了相对应物理实体产品的全生命周期过程。

为了便于数字孪生的理解，庄存波等提出了数字孪生体的概念，认为数字孪生是采用信息技术对物理实体的组成、特征、功能和性能进行数字化定义和建模的过程。

数字孪生体是指在计算机虚拟空间存在的与物理实体完全等价的信息模型，可以基于数字孪生体对物理实体进行仿真分析和优化。数字孪生是技术、过程、方法，数字孪体是对象、模型和数据。

进入21世纪，美国和德国均提出了Cyber-Physical System（CPS），也就是“信息-物理系统”，作为先进制造业的核心支撑技术。CPS的目标就是实现物理世界和信息世界的交互融合。

通过大数据分析、人工智能等新一代信息技术在虚拟世界的仿真分析和预测，以最优的结果驱动物理世界的运行。数字孪生的本质就是在信息世界对物理世界的等价映射，因此数字孪生更好的诠释了CPS，成为实现CPS的最佳技术。

什么是数字孪生技术

顾名思义，是指：针对现实物理世界中的事物，通过数字化的手段，在数字世界构建出一个一模一样的虚拟事物。这个虚拟事物就像是真实事物的孪生兄弟，具有相同的“形”和“态”。

将真实事物以数字化方式在虚拟空间呈现，主要作用就是：可以在虚拟空间里操控虚拟模型，观察、研究虚拟模型的变化，从而模拟、预测真实事物在真实环境中的变化规律。

数字孪生技术的核心

数字孪生技术是从仿真技术发展而来的。仿真技术在上个世纪就已经大规模使用，而数字孪生技术的概念直到2002年才由美国Grieves教授提出。在Gartner每年公布的十大战略科技发展趋势中，数字孪生技术作为智能制造的关键技术之一连续多年名列榜单。

数字孪生技术的核心元素，是数字化模型的建立。建模方法一般可以划分为两类：第一性原理或基于物理的方法，以及数据驱动的方法；实际应用中往往是各种建模行为和建模方法的综合。好的模型，既能逼真地描述真实事物的外在形状，又能准确地反映真实事物的内在变化规律。

与数字化模型紧密相关的是数据和算法。数据是模型的输入，它们可能来自于各种传感器的实时采集，也可能来自于系统以往的历史积累。算法通常是深度学习的，通过对大量历史数据的分析处理，不断地建立、完善模型的内在处理逻辑；实时数据输入到模型后，算法对数据进行分析处理，然后基于已建立的内在处理逻辑做出判断，进而控制模型做出相应的变化。

数字孪生助力汽车产业

数字孪生技术在各行各业都可以应用，具体到汽车行业，可以用于研发、制造、销售、售后等产业链各个环节，例如：

研发阶段

在汽车市场竞争日益激烈的今天，以更少的成本和更快的速度将更好的产品推向市场，这是所有主机厂都渴望达到的理想境界。借助数字孪生技术，设计者可以在虚拟空间里测试、验证、优化其产品设计，快速、低成本实现产品的迭代。法国软件公司达索，利用其CAD和CAE平台3D Experience，准确进行空气动力学、流体声学等方面的分析和仿真，为宝马、特斯拉、丰田等汽车公司优化其产品设计，大幅度提高产品流线性，减少空气阻力。

制造阶段

生产过程仿真。在产品生产之前，就可以通过虚拟生产的方式来模拟不同产品、不同参数、不同外部条件下的生产过程，实现对产能、效率以及可能出现的生产瓶颈等问题的提前预判，加速新产品导入的过程。

数字化产线。将生产阶段的各种要素，如原材料、设备、工艺配方和工序要求，通过数字化的手段集成在一个紧密合作的生产过程中，并根据既定的规则，自动的完成在不同条件组合下的操作，实现自动化的生产过程；同时记录生产过程中的各类数据，为后续的分析和优化提供依据。

关键指标监控和过程能力评估。通过采集生产线上的各种生产设备的实时运行数据，实现全部生产过程的可视化监控，并且通过经验或机器学习建立关键设备参数、检验指标的监控策略，对出现违背策略的异常情况进行及时处理和调整，实现稳定并不断优化的生产过程。

销售阶段

在汽车销售过程中，借助数字孪生技术，结合VR/AR，可以为用户提供沉浸式的体验，让用户在虚拟空间操控驾驭汽车，全方位地感受汽车在各种环境各种场景下的性能和魅力，激发用户的购车欲望。

售后阶段

特斯拉公司为其生产和销售的每一辆电动汽车都建立数字孪生模型，相对应的模型数据都保存在公司数据库。每辆电动车每天报告其日常经验，并通过数字孪生的模拟程序使用这些数据来发现可能的异常情况并提供纠正措施。通过数字孪生模拟，特斯拉每天可获得相当于160万英里的驾驶体验，并在不断的学习过程中反馈给每辆车。

实际应用存在的问题

数字孪生技术给我们描绘出了一幅美好的远景，就像在科幻电影中表演的那样：一堆数字模型摆在我们面前，我们拖拉扯拽一顿操作，然后神奇的事情就能发生。然而在现实中，数字孪生技术却处于一种尴尬的境地：关键核心的地方不敢用，不那么关键核心的地方却用不起。

究其原因，就在于我们很难为真实事物建立一个能完全反映其全部特征和规律的数字对应。现实中的事物是运行在一个复杂的环境中，一个被人忽视的细节可能就会导致严重的后果。可以想象一下，在那种性命攸关的场景，谁敢把自己的命运交给一堆数字模型来决定？我们甚至可能永远也无法100%模拟真实的事物，只能是高度的接近。为了追求最后剩下的那百分之几的完美度，人们往往需要付出极大的代价。

未来，随着技术的进步，模拟的逼真度会越来越高，成本会越来越低，到那时，才是数字孪生技术真正发挥其威力的时候。但在目前，我们需要看到这项技术的前景，就要开始布局，投入人力和财力进行研究和实践。

在国内，已经有一些企业在研究、运用数字孪生技术。但是，与其他技术领域情况类似，我们青睐、擅长技术的集成和应用，而技术本身所依赖的底层平台和工具却少有人愿意花力气投入研发，基本都是直接使用国外现成的。“不要重复造轮子”，在IT界这是一句流行很广的话。但是在当今的国际形势下，关键的轮子还得自己会造，否则别人不卖轮子给你，你就要出问题了。我们应该扶持和引导对底层基础平台和工具的研发投入，而不是只对能迅速变现的技术应用集成感兴趣。

本文来源于汽车之家车家号作者，不代表汽车之家的观点立场。

数字孪生作为一种新兴技术，可以与物联网、大数据、人工智能等新信息技术集成与融合，以实现更加全面和智能的应用。以下是数字孪生五维结构与其他新信息技术的集成与融合方式：1. 物联网：数字孪生可以基于物联网技术获取现实世界中的传感器数据，并将其整合到数字孪生模型中，形成一个虚拟的环境。这样可以更好地掌握物理系统的状态和运行情况，从而进行优化和改进。2. 大数据：数字孪生可以利用大数据技术对海量数据进行处理和分析，从而发现系统潜在的问题，并提供相应的解决方案。此外，数字孪生也可以将大数据应用于模型的训练和优化中，提高模型的精度和可靠性。3. 人工智能：数字孪生可以利用人工智能技术对模型进行智能化分析和优化，从而提升系统的性能和效率。例如，可以使用机器学习技术对模型进行训练，实现自主优化和决策。4. 云计算：数字孪生可以将数据和计算资源放置在云端，在任何时间和地点都可以进行数据的访问和处理。这样可以方便地实现多个设备之间的协同工作，并提高系统的可靠性和安全性。5. 区块链：数字孪生可以利用区块链技术保证模型的安全性和透明度。例如，可以使用区块链技术对模型进行验证和审计，防止模型被篡改或误用。综上所述，数字孪生五维结构可以与物联网、大数据、人工智能等新信息技术集成与融合，以实现更加全面和智能的应用。通过这些新技术的支持，数字孪生可以更好地模拟现实世界中的物理系统，并提供相应的解决方案，帮助我们更好地理解和管理物理系统。

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