数字孪生如何助益教育,解锁更多教学可能性

所谓数字孪生，是对真实对象或系统的虚拟表示。数字孪生利用实时数据定期更新，借助机器学习、模拟和推理来帮助决策。换句话说，数字孪生本质上创建出一套高度复杂的虚拟模型，相当于是特定物理事物的精确复制品。数字孪生即在实际应用场景中，每一个实体物体或者系统都有与之对应的一个数字孪生体，实体产品的各项数据会实时反应在数字孪生体中，同时数字孪生体会根据历史数据模拟，预测出实体物体的全生命周期从而反作用给实体物体，辅助完成实体的日常维护和生命周期节点预测。

课堂上的数字孪生

作为与工业4.0密切相关的趋势性技术之一，数字孪生当然也能帮助教师根据课程要求创建仿真模型。数字孪生技术使得沉浸式学习体验第一次有望跨入“终极”阶段。在数字孪生的支持下，学生将获得参与度更高的课业内容，将以往在课堂上过于危险、复杂或昂贵而无法实现的操作变成日常。

针对教室讲台展示、实训教学演示/示范成本昂贵或示范过程中存在一定安全隐患的教学内容。

凤凰创壹公司研发了立体沉浸、身临其境深度学习的3D-LEDMR教学系统，通过混合现实MR技术将3D数字孪生虚拟仿真教学内容与老师上课实时空间画面混合，让学生通过立体眼镜沉浸到老师实时操作数字孪生虚拟仿真教学场景中，让学生具有跟老师一样的空间立体想象能力与逻辑思维能力。可以帮助学生更快学会老师讲授的专业技术知识，身临其境感受到真实的模拟场景，提高学生学习兴趣和理解能力，同时提升老师的教学质量，沉浸式3D-LEDMR教学系统真正解决了课堂专业技术知识传递效率低的问题。

图为凤凰创壹MR教学系统

在实践教学方面

数字孪生技术更是有着颠覆传统教学方式的效果，所有的实践工具，设备，材料等都可以拥有一个对应的数字孪生体，孪生体的参数和物理实体的参数一一对应，学生可以在孪生体上进行实际操作，根据操作实时生成的参数会传递到数字孪生体中，孪生体会根据操作实时反馈出结果，并且预测可能出现的下一个产品生命周期。这样，学生不仅可以最真实的学习到实操技术，还能尝试出各种不同的操作会带来哪些不同的结果，从而最大程度的达到教学培训的效果。

在这方面，凤凰创壹数字孪生虚实融合虚拟仿真实训中心推出了一系列全身参与、人手一机操作具有物理属性的数字孪生仿真设备，借助虚拟现实、数字孪生等先进技术，该系列产品可以实现教学场景中各种数字孪生虚实融合的互动,兼具真机设备操作手感，又解决了各种工件耗材、器件损耗、能源消耗、以及各种生产操作安全隐患。

数字孪生虚实融合数控ｉ８多轴训练机

针对数控专业实训过程中存在设备昂贵，教学设备老旧，操作失误容易造成设备损伤大、人员伤害等情况。创壹数字孪生虚实融合数控ｉ８多轴训练机，通过真机数控操作面板和真机手轮，连接数字孪生五轴数控机床。所有操作过程跟真机操作一样，能够可以根据需要通过更换操作面板贴膜达到更换不同型号、不同系统的数控机床，包括车、铣、加工中心等进行训练。提供多达25款机型，覆盖了数控车、数控铣、加工中心和五轴加工中心等多种类型机床。包括三轴法兰克、西门子、华中、广数加工中心／平床／斜床，５轴的西门子、海德汉、华中等，实现一机多用。

图为凤凰创壹数字孪生虚实融合数控ｉ８多轴训练机

数字孪生虚实融合智能制造实训台

针对抽象程序难理解，智能制造生产线规模大，无法实时观看生产过程细节等问题，凤凰创壹该系列的数字孪生虚实融合智能制造实训台通过真机PLC，连接数字孪生智能制造产线进行智能制造产线控制，所有控制过程跟真机操作一样。可以根据需要更换不同型号的PLC、机器人、数控机床（车、铣、加工中心等）组成不同的产线进行训练。

学生可以通过PLC编程，自由编辑PLC指令控制产线上各个数字孪生设备运行的控制逻辑与控制信号等，然后加载并启动程序，运行整个智能产线的控制逻辑控制产线的生产制造过程，学生可以不断演练智能制造产线上各个工位角色的操作内容。

图为凤凰创壹虚实融合智能制造实训台

虚实融合汽车维修实训台

例如在发动机实际运行过程中，出现故障成本高，而且有些故障不能重现，如果故障状态下运行会对发动机造成损坏。凤凰创壹虚实融合汽车维修实训台，通过虚实融合智能诊断仪，可以通过实物的智能诊断仪，直接诊断电脑端数字孪生发动机在运行过程中可能出现的故障码。学生可以根据故障现象，使用配套的数字孪生工具箱，对数字孪生汽车模型展开维修，直到排除故障。通过各类故障的模拟，让学生深入了解发动机电控系统正常信号与异常信号之间的差异，按照4S店标准的操作流程进行故障诊断，理解不同故障的诊断方法以及诊断策略。

图为凤凰创壹虚实融合汽车维修实训台

凤凰创壹虚实融合机器人实训台

而针对机器人行业，凤凰创壹虚实融合机器人实训台则可以通过真机机器人示教仪连接数字孪生机器人，进行机器人编程控制，所有编程跟真机操作一样。可以根据需要更换不同型号的机器人（如kuka，松下，发那科，安川等）。

以ABB机器人绘图实验为例，学生可以通过手动操作示教仪控制数字孪生机器人，或自由编程控制数字孪生机器人运动，当然也可以把机器人加到智能制造产线进行操作。

图为凤凰创壹虚实融合机器人实训台

据悉，该系列数字孪生虚实融合产品均搭配了凤凰创壹自主研发的智能导学和智能评价系统，能够实现对学生操作过程进行全面跟踪记录分析，实现对学生操作过程智能化评价和实训结果自动评分。

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