发布于：2019/12/20 9:38:58 | 2292 次阅读
由中国电子信息产业发展研究院推出的《数字孪生白皮书》（2019）在通信产业大会暨第十四届通信技术年会上正式发布，赛迪工业互联网首席研究员袁晓庆对该白皮书进行了解读。
2018年底到2019年初，短短五个月波音737Max8机型接连两次出现坠毁事故，引起人们对数字孪生技术的关注，如果能为物理世界找到一个数字映射，能让飞机故障被及时察觉，甚至被预测到，让维修变得更精准，将有效避免事故的发生。不少业内人士认为，2019年，数字孪生技术广受关注，也是由新闻事件推动的。
数字孪生正成为技术发展的新焦点
当前，数字孪生已经成为信息技术发展的新焦点，Gartner认为2019年数字孪生处于期望膨胀期顶峰，将在未来5年将产生破坏性创新。
袁晓庆表示，目前数字孪生正成为不少跨国企业在业务布局的新方向，像西门子、PTC、达索、ESI等企业均有布局。
不仅如此，目前数字孪生技术发展已上升到国家策略层面，袁晓庆表示，数字孪生正成为不少国家数字化转型的新抓手，例如，美国的工业互联网联盟将数字孪生作为工业互联网落地的和关键、德国工业4.0参考架构将数字孪生作为重要内容等。
同时，不少国家以数字孪生为抓手，设立智慧城市的建设目标，比如，我国的雄安新区数字城市及杭州城市大脑、新加坡的虚拟新加坡、法国的数字孪生巴黎、加拿大的多伦多高科技社区。
在车联网领域，数字孪生技术也已经成为一项关键技术，与此同时还涌现出不少相关的知名公司，如，中国的百度、华为、腾讯、阿里等，美国的特斯拉、福特等，日本的丰田、本田等，德国的西门子等。
数字孪生是什么？
数字孪生究竟是什么？白皮书给出具体的解答。
袁晓庆表示，白皮书指出数字孪生是因建模仿真技术而起、因传感技术而兴，并将随着新一代信息技术群体突破和融合发展而发展壮大。经历技术积累、概念提出、应用萌芽、快速发展四个阶段。而目前数字孪生正处于是第四阶段快速发展阶段。
而针对具体的定义，不少国外研究机构及国内行业都给出对数字孪生的理解，但通俗来讲就是“数字双胞胎”，两个人内部结构都是一样，只不过一个是在物理世界存在，一个是在“数字世界”存在。
袁晓庆表示，白皮书给出数字孪生定义是，实现物理空间在赛博空间交互映射的通用使能技术。综合运用感知、计算、建模等信息技术，通过软件定义，对物理空间进行描述、诊断、预测、决策，进而实现物理空间与赛博空间的交互映射。
其中，白皮书指出数字孪生主要涵盖“12345”五大内容。
一项通用技术：支撑经济社会数字化转型的通用使能技术；两大孪生空间：物理空间与赛博空间交互反馈；三大技术要素：数据是基础、数据驱动模型、软件是载体；四大功能等级：描述、诊断、预测、决策；
五大典型特征：数据驱动、模型支撑、软件定义、精准映射、智能决策。
袁晓庆还表示，数字孪生典型特征主要体现在数据驱动、模型支撑、软件定义、精准映射、智能决策五方面。
在数据驱动方面，本质是就是在比特的汪洋中重构原子的运行轨道，以数据的流动实现物理世界的资源优化。
在模型支撑方面，是面向物理实体和逻辑对象建立机理模型或数据驱动模型，形成物理空间在赛博空间的虚实交互。
在软件定义方面，关键是将模型代码化、标准化，以软件的形式动态模拟或监测物理空间的真实状态、行为和规则。
在精准映射方面，通过感知、建模、软件等技术，实现物理空间在赛博空间的全面呈现、精准表达和动态监测。
在智能决策方面，未来数字孪生将融合人工智能等技术，实现物理空间和赛博空间的虚实互动、辅助决策和持续优化。
此外，关于数字孪生技术架构，袁晓庆表示分为物理层、数据层、模型层、功能层四层，可以从三个视角来看。
从应用视角来看，数字孪生的主要应用在智能工厂、车联网、智慧城市、智慧建筑、智慧医疗等应用场景。
其中，在智能工厂领域的应用是最为广泛的，不仅可以实现产品迭代式创新、生产制造全过程数字化管理，而且还可以开展设备预测性维护。
从功能视角来看，主要包括描述、诊断、预测、决策四个能力等级。
其中，描述是通过感知设备采集到的数据，对物理实体各要素进行监测和动态描述；诊断是分析历史数据、检查功能、性能变化的原因；预测是揭示各类模式的关系，预测未来；决策是在分析过去和预测未来的基础上，对行为进行指导。
从部署视角，主要包括设想、确定方案、试运行、产业化、效果后评价五个阶段。
设想阶段是设想并评估当前应用场景，拟定数字孪生适用流程；确定方案阶段是确定最适合该应用场景的方案；试运行阶段是运用数字孪生模型模拟物理实体运行；产业化阶段是推进试行项目虚体，以虚控实，实现产业化；效果后评价阶段是评价产业化效果和投资效益。
数字孪生六大应用场景
数字孪生技术不仅可以让我们看到产品外部的变化，更重要的是可以看到产品内部的每一个零部件的工作状态。
袁晓庆指出，白皮书从数字化设计、虚拟工厂、设备预测性维护、智慧城市、车联网、智慧医疗六个方面介绍了数字孪生的应用场景。
在数字化设计方面，数字孪生+产品创新。达索、PTC、波音等公司综合运用数字孪生技术打造产品设计数字孪生体，在赛博空间进行体系化仿真，实现反馈式设计、迭代式创新和持续性优化。目前，在汽车、轮船、航空航天、精密装备制造等领域已普遍开展原型设计、工艺设计、工程设计、数字样机等形式的数字化设计实践。
在虚拟工厂方面，数字孪生+生产制造全过程管理。西门子、洛马等国外公司，以及华龙迅达、东方国信、石化盈科等国内公司，在赛博空间打造映射物理空间的虚拟车间、数字工厂，推动物理实体与数字虚体之间数据双向动态交互，根据赛博空间的变化及时调整生产工艺、优化生产参数，提高生产效率。
在设备预测性维护方面，数字孪生+设备管理。GE、空客等公司开发设备数字孪生体并与物理实体同步交付，实现了设备全生命周期数字化管理，同时依托现场数据采集与数字孪生体分析，提供产品故障分析、寿命预测、远程管理等增值服务，提升用户体验，降低运维成本，强化企业竞争力。
在智慧城市方面，数字孪生+城市运行管理。通过建设城市数字孪生体，以定量与定性结合的形式，在数字世界推演天气环境、基础设施、人口土地、产业交通等要素的交互运行，绘制“城市画像”，支撑决策者在物理世界实现城市规划“一张图”、城市难题“一眼明”、城市治理“一盘棋”的综合效益化布局。
在车联网方面，数字孪生+V2X。以百度、谷歌、腾讯等为代表的企业，积极探索数字孪生技术在车联网中的应用，有效实现了车与人、车、路、设施的全面连接，极大推动了自动驾驶智能化水平、交通安全保障水平和公共交通服务效率的提升。
在智慧医疗方面，数字孪生+医疗服务。达索、海信等公司尝试将数字孪生与医疗服务相结合，实现人体运行机理和医疗设备的动态监测、模拟和仿真，可加快科研创新向临床实践的转化速度、提高医疗诊断效率、优化医疗设备质控管理。
数字孪生前景展望
在未来，物理世界中的各种事物都将可以使用数字孪生技术进行复制。
对此，袁晓庆表示，白皮书对数字孪生未来的发展前景从宏观、中观及微观进行展望。
从宏观来看，数字孪生不仅仅是一项通用使能技术，也将会是数字社会人类认识和改造世界的方法论。
从中观来看，数字孪生将成为支撑社会治理和产业数字化转型的发展范式。
从微观来看，数字孪生落地的关键是“数据+模型”，亟需分领域、分行业编制数字孪生模型全景图谱。
但袁晓庆表示，白皮书也指出，数字孪生的出现不是概念炒作，而是信息化发展到一定程度的必然性结果，数字孪生正成为人类解构、描述、认识物理世界的新型工具。
此外，数字孪生是一套支撑数字化转型的综合技术体系，技术在发展，应用在深化，体系在演进，其应用推广也是一个动态的、演进的、长期的过程。
从具体的技术发展来看，数字孪生主要是由数据、模型、软件三部分构成，但我国在数据采集、模型积累、软件开发等方面还存在诸多短板，成为制约数字孪生发展的瓶颈。
对于如何突破数字孪生发展的“短板”，白皮书指出，当前，要坚持需求牵引和价值导向，以需求迫切、基础较好、潜力巨大的应用场景为突破口，在重点领域、重点环节率先实现突破，树立一批典型模式和样板。
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