未来已来！农机装备数字孪生实现思路

农机装备数字孪生实现思路

农机装备数字孪生尚处于概念阶段，需要相当长时间的发展才能逐渐完善。为了更好地推动农机装备数字孪生的研究与应用，结合相关理论和实践经验，给出以下实现思路。

从数字孪生概念提出到应用落地的宏观发展角度，农机装备数字孪生发展过程中需要经历理论探索、实践应用和总结凝练三个阶段，如表1所示。

（1）理论探索 。 该阶段是为农机装备数字孪生今后的发展奠定基础的关键阶段，主要任务是回答以下重要问题：农机装备领域需要什么样的数字孪生？农机装备数字孪生应包含哪些内容？如何实现农机装备数字孪生？研究人员需要依据数字孪生的核心理念，紧密结合现代先进农机装备和农业生产的需求和发展趋势，参考其他领域现有数字孪生案例，确定农机装备数字孪生架构，以及实现方法与核心技术，然后规划具体的实施路线。

（2）实践应用 。该阶段是构建农机装备数字孪生，并落地实用的关键阶段。理想的数字孪生应从不同的维度、尺度、领域等方面尽可能完整地描述“人-机器-作物-环境”系统，从而能够真实、彻底地反映农机装备的实际状态、工作机理和运行机制。但是在实际情况中，技术和成本往往不足以支持数字孪生从无到全的直接实现。因此，应遵循农机装备数字孪生框架，面向由低层级到高层级的应用需求，逐步开展数字孪生构建方法研究，开发满足每个阶段具体需求的数字孪生，在此过程中逐渐积累数字化资产，实现从局部到全面的数字化映射，填充数字孪生模型库，丰富数字孪生业务应用，完善整个农机装备数字孪生的内容，扩展数字孪生的深度和广度。在应用过程中，应充分发挥虚实交互与融合的优势，整合农机装备数字孪生的功能，着力解决痛点问题，促进智慧农业生产落地实现。

（ 3）完善凝练。 在农机装备数字孪生成功运用于实际生产，并取得了良好的收益之后，数字孪生进入完善凝练阶段。该阶段是对农机装备数字孪生的进一步发展，标志着数字孪生理念已经在农业机械化生产领域落地并走向成熟。通过该阶段，总结先前探索和实践过程中遇到的问题，完善农机装备数字孪生理论技术架构，提炼构建和应用农机装备数字孪生的通用方法，形成可以指导进一步推广应用的完整体系，同时制定用于规范后续工作的相关标准。链条广，产品损耗大

（1）农机装备智能化升级。 农机装备的智能化升级是系统实现的准备工作。基于线控底盘、现场总线、智能传感等技术，完善农机装备物理实体的感知与执行功能，包括但不限于：①开发基于现场总线的线控底盘；②开发基于现场总线的传感采集系统。

（2）开辟信息交互通路 。 基于物联网技术，建立农机装备与服务器间的双向通信，打通数字孪生感知通路和控制通路，是系统实现的首要工作，包括但不限于：①选定或开发联网终端设备，实现终端设备与农机装备和服务器间的双向通信；②开发农机装备数字孪生物联网平台，用于注册、接入和管理农机装备；③开发实时监测功能，实现对农机装备实时数据的获取与存储，通过长时间运行，为后续开发工作积累农机装备运行数据资源。

（3）构建数字孪生虚拟模型。 构建农机装备数字孪生虚拟模型，通过数据驱动模型实时快速仿真，实现虚拟模型伴随真实农机装备同步运行，是系统实现的核心工作，具体包括：①基于分布式数据流处理平台，开发数据处理算法，建立数据治理机制，为虚拟模型构建等工作提供数据算法和资源支撑；②运用多种建模手段和多学科知识构建描述农机装备及作业环境，并实现子模型间的有效组织和融合，集成构建多源、多维、多尺度、多领域的数字孪生虚拟模型；③利用模型降阶技术和可视化技术，实现虚拟模型在数据驱动下的实时仿真；④开发数字孪生虚实一致性评价方法和虚拟模型校验更新方法，实现虚拟模型伴随真实农机装备的同步演化；⑤综合考虑可信度、保真度、易用度、轻量化等多个方面，提出数字孪生虚拟模型综合评价方法，选定典型工况，开展虚拟模型验证试验，并进行评价、优化和改进。

（4）开发数字孪生业务应用。 农机装备数字孪生系统具备实时监测、评估诊断、优化决策、智能控制四个层级的业务功能，形成由物理世界到虚拟世界，最后回到物理世界的闭环自主运行机制。数字孪生系统在逐一实现每个层级功能的过程中不断完善。在实现完全闭环之前，需要发挥人的作用作为补充。