经济社会数字孪生典型特征(一)_国内_光明网

随着经济社会数字化转型的不断推进，数字孪生逐渐成为行业各行各业关注的热点技术。数字孪生起源于航空航天和军事工业。近年来，持续向智能制造、智慧城市等垂直行业拓展，实现了机理描述、异常诊断、风险预测、决策辅助等应用价值。掌握。

本白皮书重点关注数字孪生的关键技术发展和行业应用，梳理数字孪生的整体发展，深入分析技术体系和典型垂直行业应用场景。助力数字孪生技术演进和产业发展。 （下载方法附在文末）

数字孪生的典型特征

数字孪生是“先实践，后概念”的新兴技术理念，与物联网、模型构建、仿真分析等成熟技术具有很强的关联性和延续性。数字孪生具有典型的跨技术领域、跨系统集成、跨行业集成的特点，涉及的技术范围广泛。自从提出这个概念以来，技术界限还不够清晰。但是，与现有的数字技术相比，数字孪生具有四个典型的技术特征：

(一）虚实映射数字孪生技术需要在数字空间中构建物理对象的数字表示。现实世界中的物理对象和数字空间中的孪生可以实现双向映射、数据连接和状态交互.

(二）实时同步是基于实时感知等多种数据的采集，双胞胎可以全面、准确、动态地反映物理对象的状态变化，包括外观、性能、位置、异常等。

(三）共生进化在理想状态下，数字孪生实现的映射和同步状态应该涵盖孪生对象从设计、生产、运营到报废的全生命周期，孪生体应该跟随孪生对象的生命周期随着过程的进行不断的进化和更新。

(四）建立孪生的闭环优化最终目标是描述物理实体的内部机制，分析规律，洞察趋势，形成基于物理世界的优化指令或策略进行分析和仿真，从而实现对物理实体的决策优化函数的闭环。

制造数字孪生的关键技术

1、多源异构数据集成技术

在实际工业应用中，工业软件和高端物联网设备不具备国产自主可控性，连接读写的高端设备不开放，每套信息系统差异很大，从而形成信息设备孤岛，数据流通不畅。依托统一的数据标准，收集人员、设备、材料、方法、环境等要素（简称人、机、材料、方法、环境）的数据数字孪生应用场景，并对数据进行采集和标注，构建数字化工厂信息空间。企业的镜像整合了人、机器、材料、方法、环境等全局数据。

2、多模型构建与互操作技术数字孪生模型具有多元素、多维度、多领域、多尺度模型的特点，展示数字孪生对象“几何-物理” --Rules”模型结构属性，实现数字孪生对象模型的构建和表征。在工业领域对数字孪生物理对象和数字空间进行建模后，需要对模型进行交互转换，以实现模型之间的双向映射、动态交互和实时连接。

3、多动态高实时交互技术以数据和模型为驱动，利用工业机制算法驱动生产执行和精准决策。将方法、环境、测量的数据集成到虚拟空间中，将物理实体和信息虚拟体连接成一个有机的整体，使信息和数据在各部分之间可以交换和传递，数字孪生可以实现全闭环优化。同时将控制指令以友好的人机操作方式反馈给实物，给用户最直观的交互方式。

制造数字孪生应用场景

数字孪生产业领域主要包括设备级、工厂级和工业级数字孪生服务。面向设备的数字孪生应用侧重于设备的实时监控，面向工厂的数字孪生侧重于生产全过程控制，面向行业的数字孪生侧重于对设备的实时监控。整个产品生命周期的可追溯性。相关应用场景如下：

1、设备实时监控和故障诊断在工业设备生产过程中，实现状态感知和实时状态监控。监控设备数据包括但不限于：设备生产运行信息、设备监控信息、设备维护信息和管理信息。根据监控信息，可视化设备生产过程，定位设备故障报警，提供故障维修案例库。

2、设备技术培训为工业设备提供可视化3D智能培训与维修知识库，以3D动画形式对员工进行生产设备原理和生产技术培训，缩短人才培养时间.

3、设备全生命周期管理是基于工业设备运行管理、维修运行管理和设备备件全生命周期管理。通过对设备的集中监控，汇总生产过程中设备的实时状态，形成设备运行情况。及管理统计、设备运行统计、设备运维知识库，为合理安排设备运维提供依据，充分发挥设备的利用率，满足设备运行、车间管理和维护的多层次需求。工厂级管理。

4、设备远程运维利用数字孪生技术，探索基于工业设备现场复杂环境的预测性维护和远程运维管理。以及专家库和知识库的重叠和复用，进行数据挖掘和智能分析，积极为企业提供精准高效的设备管理和远程运维服务，缩短维护响应时间，提升运维管理水平效率。

5、工厂实时状态监控通过对设备制造和生产设备实时数据的采集和聚合，将实体车间/工厂和虚拟化的所有要素、流程和业务数据进行整合融合建立车间/工厂。车间实体与虚拟实体的双向真实映射和实时交互，在数据模型的驱动下，实现设备监控、生产要素、生产活动计划、生产过程等虚拟实体的同步运行，满足设备状态监测、生产控制优化 公司生产运营模式提供配套的数字孪生服务。主要包括生产前的虚拟数字孪生服务、生产中的实时数字孪生服务、生产后的追溯数字孪生服务，确保生产前准备到位，过程控制到位，事后优化到位。

作为数字经济发展的重要赋能技术，数字孪生近年来备受业界关注。技术体系不断发展，核心技术快速进化，产业生态不断完善数字孪生应用场景，行业应用不断深化。是交通、网络等垂直行业实现数字化、智能化转型的重要抓手。

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