[数字孪生] 关于一棵苹果树的故事

2022-03-18 12:00:06 浏览数 (2)

在我的后园,可以看见墙外有两株树,一株是苹果树,还有一株也是苹果树。

一天,一个小朋友来问我,你看这树上那个苹果,它如果掉下来,会花多长时间?它又会砸在地上哪个具体的点上?

我说,万有引力你听说过吧。就是地球上的苹果离开树枝后,它因为地球引力的作用会掉下,所以不会往天上飞去。

小朋友说,我知道,然后呢?

我说,苹果会垂直掉下来,它到地面的距离可以量出来。有一种公式,是可以根据初始速度,加速度,总共走的距离,算出它一共花了多少时间。至于它掉在哪里,不就是掉在它正下面的地上吗?

小朋友说,哦,那如果苹果下落的时候,突然来了一阵很大的风,让苹果在空中就被吹跑了,那怎么算出它掉在了哪里,又花了多长时间呢?

我说,那我们就根据天气预报,或者用一些测量仪器,测出风到底有多快。风可能在每个地方的风力和方向也不一样,那我们就把空间划分成一个个很小的网格,先默认每一格子里的风力和方向都一致,根据需要再微调。有一种公式,可以算出风吹在物体上,会有多大的作用力,以及作用力是哪个方向。我们可以把空间分得更细些,一点点算出来苹果每一次移动的方向和距离,直到落到地上。这时候苹果可能还会被弹起来再滚一会,这里也有别的公式,根据地面对苹果的作用力等等,算出来苹果会滚多远,滚到哪里去,

小朋友说,那这么多公式,怎么算?

我说,没事,编程呗,公式都可以用代码写出来。有一些别人已经写好了,直接用就好。于是我写出来,一运行,发现算出来的结果和苹果落地的位置不一样。

小朋友说,是不是算错了?

我说,嗯,也正常。公式这玩意给出的都是理想的状况。现实中情况比较复杂,比如我们也没有真正得到每一点风力的真实大小,只是用的一个大概的数值。不过不要紧,你看地上的苹果,我们现在已经知道它落在哪里了,也知道它最早在树上的什么地方,那我们从它所在的地方反着推理,这里也可以用到一些公式,帮我们矫正之前公式里面的一些参数,直到它运行正确。

我看看了旁边正在工作的摄像机,它录取了其他苹果落地时的时间和落地地点,也把这些数据放到程序中去,一起训练我的程序,调取最合适的参数。当用这个程序去检验别的苹果掉地时,发现精确度已经很高了。

小朋友说,那用这段程序,我们就可以知道别的苹果,下一次会掉到什么地方,对吧。

我说,是的。

小朋友又问道,我怎么发现当这棵苹果树上的苹果和树枝摇动时,旁边那棵树上的苹果和树枝也在一模一样的摇动呢,当一棵树上的苹果被吹下来时,另一棵树上的苹果会以同样的轨迹落地? 我摸了摸他的头,在脑海中对我的智能手表说,先关掉这个程序吧。这时,旁边的那棵苹果树消失了。

我对小朋友说,其实这旁边的树,是一个虚拟影像。我用传感设备,可以实时的获取整棵苹果树每时每刻的状态,这些数据就被实时的处理,并作为一个虚拟影像显示出来了,现实中的苹果树怎么动,虚拟影像就会在同一时间做同样的动作。

你看看我这个手表上还显示了,马上风速会再大一些,这里的这个苹果一会就要掉下来。哦,小心,一会它要掉到我们头上啦,你看,这是我们之前聊到的由公式以及反推完善的程序预测出来的。快后退一点点。

扑咚,果然,那个苹果在空中划出一段优美的曲线,掉在我们的脚旁。

小朋友不客气捡起来,说,有点意思。我拿回去洗洗吃啦。

我说,好的,下次再聊哦。

在树下呆了一会,天色渐渐暗了下来,一只松鼠轻巧的从眼前飘过。

脑海中突然想起一句话: 

在我的后园,可以看见墙外有两株树,一株是枣树,还有一株也是枣树。

哦,原来,迅哥儿那么早就已经开始玩数字孪生了。。。。。。


关于数字孪生在制造业中的应用,在我的几篇文章中有介绍,比如:

[智能制造]: 数字孪生仿真赋能生产 - 介绍

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