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“量两次，再下刀”：数字孪生如何让复杂设计从容高效推进
关键要点
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如今的系统设计师背负着巨大的压力：既要加快进度、压缩成本，又要应对日益提升的复杂性。然而，传统的“硬件优先”开发模式迫使团队陷入一轮又一轮的“设计-构建-测试”循环，每一轮都缓慢、昂贵且充满风险。
数字孪生正在改变这一局面。工程师可以在实际构建硬件之前，先在数字世界中模拟、验证、优化系统行为。现在，团队不再需要猜测最终的设计性能如何，而是在前期阶段直接完成建模、压力测试与优化。
什么是数字孪生？
数字孪生是物理系统的虚拟副本，依靠数据驱动来模拟和优化实际行为。应用范围十分广泛，包括IC、车辆、工厂、航空器和医疗设备等领域。在汽车、工业和能源应用中，数字孪生通常会整合硬件在环(HiL)技术，让真实硬件与实时仿真交互。HiL支持验证ECU、电池管理、转向、悬挂等复杂系统及其他实时子系统，有助于降低成本、减少风险并缩短开发时间。
数字孪生赋予各行业的全局性优势
- 加速研发，提前锁定收入
虚拟仿真能够减少实物原型制作需求，加快验证速度，使设计导入能够在客户周期的更早阶段展开，同时缩短销售流程，从而实现更早创收，并降低对人工支持的依赖。 - 预测性维护与持续优化
实时数据比对不仅有助于及早发现异常，实现预测性维护，而且有助于持续优化性能、能耗、吞吐量和质量，从而减少停机时间并提升运营效率。 - 全价值链降本
借助虚拟测试和优化运营，使资本支出（更少的原型和返工）和运营支出（人工、能源、维护、现场支持）双双下降。 - 增强安全性、可靠性和合规性
在航空航天/防务、汽车、医疗健康和基础设施等领域，对极端或危险场景进行虚拟测试有助于提升安全性、可靠性与监管合规性。 - 高端定位，实绩说话
经过仿真验证的系统性能，使解决方案有别于仅提供组件的竞品。交付的是经得起检验的实际成果，而非纸上谈兵的规格参数——由此赢得溢价空间。 - 可扩展的平台收入
早期取得的设计导入成果和已获验证的模型，可通过在多个客户项目及后续产品世代中的持续复用，带来长期的平台收入。
理想情况下，数字孪生让决策模式从被动响应转变为主动预测，从而支持复杂且高价值的系统提升效率、降低成本并增强决策底气。
ADI、MathWorks与Leonardo：让数字孪生变成现实ADI携手MathWorks（计算软件头部企业）和Leonardo（航空航天/防务系统头部企业），让“数字优先”的设计理念从理论走向实践。通过深度合作，ADI与MathWorks在MATLAB®和Simulink®中实现了先进的数字孪生能力，为工程师提供了强大的仿真工具。 Leonardo将ADI的数字孪生模型应用于相控阵防御系统设计，在实际构建硬件之前就能评估元器件选型与系统级性能，从而在采购前完成对ADI元器件的数字化评估，加速研发进程，降低硬件投资决策的风险。
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数字孪生在各行业如何创造价值
汽车（电动汽车和高级驾驶辅助系统）
- 对整车、电池系统和生产线进行建模
- 加速设计验证和软件测试
- 预测故障；减少实物原型制作
航空航天与防务
- 对飞行器、推进系统和结构进行建模
- 跟踪资产健康状况；提升安全性；延长生命周期
- 降低维护和检测成本
- 对相控阵系统进行仿真，在无需昂贵实物原型的情况下优化各种条件下的性能
能源和公用事业
- 监控电网、涡轮机和工业系统
- 提升效率；预判故障
- 支持可再生能源转型
医疗健康与医疗设备
- 对器械、器官和生理系统进行建模
- 实现个性化治疗规划
- 加速研发；帮助改善患者愈后
工业自动化与制造
- 制作工厂和机器的数字化镜像
- 优化生产流程；预测维护需求
- 减少停机时间；缩短调试周期
智慧基础设施与智慧城市
- 对道路、楼宇和基础设施系统进行建模
- 优化交通流、能源使用和安全性
- 支持长期城市规划
支撑数字孪生的关键技术
| 技术 | 功能 | 优势 |
| 精密传感器（MEMS、环境、惯性、位置） | 传感器捕捉真实世界的物理参数（温度、振动、压力、运动、流量、生物信号），并将连续数据传送至数字孪生中。 | 凭借高精度、低漂移传感，确保虚拟模型高度还原现实，使预测、仿真和异常检测切实可靠。 |
| 信号调理和放大器 | 原始传感器信号在数字化之前经过滤波、放大和稳定处理，在高噪声的工业、汽车和医疗环境中尤为关键。 | 更干净的数据可提升模型保真度，减少误警报，改善机器、车辆或医疗设备数字孪生的预测精度。 |
| 高性能数据转换器（ADC和DAC） | 将物理信号转换为精确的数字数据，用于建模、仿真和AI推理，或根据仿真输出驱动物理系统。 | 高分辨率和低延迟，使安全关键系统（如电动汽车、航空器和机器人）能够实现实时、高保真数字孪生。 |
| 边缘处理和嵌入式智能 | ADI处理器和边缘解决方案在数据发往云端或控制系统之前，执行本地分析、过滤和推理。 | 降低带宽占用、延迟和云端成本，加快预测性维护和系统优化决策。 |
| 电源管理和能源解决方案 | 高效的电源调节，可为分布式系统中始终在线的感知和边缘智能提供支持。 | 延长系统运行时间，降低能耗，使数字孪生部署更具可扩展性。 |
| 连接和工业接口 | 工业以太网、以太网-APL、传感器到云端连接等解决方案，将物理资产与数字孪生平台相链接。 | 数据在工厂车间、车辆、航空器和医疗系统之间无缝流动，加速部署和集成。 |
专业积淀无法复制——ADI的优势
ADI将数字孪生锚定在高质量物理数据之上，使其成为降低风险、有效提高各行业投资回报率的可靠工具。ADI的差异化优势在于，ADI的技术能将虚拟模型转化为对实际性能的可靠预测：
- 从源头保证高精度： 超低噪声传感器、高分辨率ADC/DAC和稳健的信号调理，确保数字孪生还原现实，而非近似模拟。
- 系统级集成：从传感器到连接的完整信号链，加速部署并降低集成风险。
- 安全攸关的可靠性：在汽车、航空航天/防务和医疗等不容有失的领域，拥有经实战验证的性能表现。
- 边缘智能： 采用实时处理，为工厂、车辆和航空器应用中的时间敏感决策提供即时洞察。
数字孪生技术已日趋普及，而ADI凭借在精密仪器与系统领域的专业积淀独具优势，能够切实提升数字孪生投资的可信度、可扩展性和回报率。
数字孪生：用数字验证确保一次成功
老木匠有句格言：“量两次，再下刀”。这句话恰如其分地诠释了数字孪生技术的精髓：借助虚拟原型，工程师可以在实际构建硬件之前进行无数次测量与验证。数字孪生在现实与数字世界之间架起桥梁，加速6G、航空航天、汽车、工业自动化等领域的研发进程，同时助力降低成本并提升一次成功率。随着AI集成持续深化和协作生态日益成熟，对于力求产品一次研发成功的企业而言，这项技术将愈发成为赢得竞争优势的关键变量。
