数字孪生DigitalTwin2024数字孪生工业软件白皮书第二版184页_182mb

数字孪生工业软件白皮书总结

核心内容

《数字孪生工业软件白皮书》旨在探讨数字孪生工业软件的发展现状、概念内涵、技术基础及未来趋势。白皮书指出，数字孪生作为一种变革性技术，正在成为推动全球工业智能化的重要力量，尤其在数字孪生工业软件方面，其研究与应用已取得显著进展。

主要观点

• 数字孪生相关学术论文数量呈现指数增长，但软件系统研究仍显不足。
• 专利壁垒逐渐形成，中国在数字孪生软件专利申请方面虽有进展，但专利转化仍需加快。
• 数字孪生标准体系正在形成，但软件标准仍需完善，尤其在行业应用层面。
• 领域应用需求迫切，但目前市场上的数字孪生工业软件多为行业定制，通用软件平台严重缺位。
• 科研投入持续增长，但工业软件在关键技术突破上仍需加强。
• 技术成果逐渐形成体系，但软件生态尚未成熟，需加强跨领域协作与整合。

关键信息

国内外发展现状

• 论文数量：截至2024年底，全球共发表27864篇数字孪生相关论文，中国贡献了6679篇，占约24%。
• 专利情况：2013至2024年间，全球共受理7903项与数字孪生相关的专利，中国占257项，其中部分专利涉及数字孪生工业软件。
• 标准体系：ISO和IEC已发布多项数字孪生相关标准，但与工业软件相关的标准仍为零，显示需加强标准体系建设。
• 应用领域：数字孪生已在13个领域53个细分类开展应用，包括航空航天、汽车制造、电力、城市和医疗等。

数字孪生工业软件定义与需求

• 数字孪生工业软件是数字孪生在工业领域的具体实现，涵盖模型构建、数据管理、连接交互、应用服务等功能。
• 参与者视角：学术研究者需开放平台和丰富资源；应用开发者需低代码开发工具；行业应用者需易于部署和维护的系统。
• 应用场景视角：数字孪生工业软件需满足设备设计、制造、调试、运行、维护、报废等全生命周期需求。

数字孪生工业软件特征

• 行业专属：适用于特定行业，具备专业领域知识。
• 虚实交互：实现物理与数字空间的实时交互和协同。
• 时空再现：能对物理世界进行时空维度的描述和再现。
• 分析预测：基于数据与模型，实现对物理世界的智能分析与预测。
• 动态决策：支持实时决策，优化物理系统的运行。
• 生态特征：依赖跨学科技术融合，形成完整的数字孪生生态。

数字孪生理论技术基础

• 数字孪生五维模型：包括物理实体、虚拟实体、数据、连接交互和应用服务，为数字孪生提供通用参考架构。
• 数字孪生模型构建：基于“四化四可八用”准则，实现模型的构建、组装、融合、验证与管理。
• 数字孪生数据管理：涵盖数据获取、存储、交互、关联、融合与服务化，确保数据的全面性和实时性。
• 数字孪生连接交互：涉及感知、通信、映射、联动与融合，实现虚实空间的高效协同。
• 数字孪生应用服务：包括驱动服务、增强服务和即服务，提升工业系统的效率与智能化水平。
• 数字孪生标准体系：分为基础共性、关键技术、工具/平台、测评、安全与行业应用六大类，为数字孪生的实施与评估提供标准支持。

数字孪生成熟度模型

数字孪生成熟度分为六个等级：

1. 以虚仿实 (L0)：数字孪生模型能对物理实体进行描述和仿真，但缺乏实时交互。
2. 以虚映实 (L1)：模型能实时反映物理实体状态，但仍需现场人员介入。
3. 以虚控实 (L2)：通过模型间接控制物理实体，实现远程操控。
4. 以虚预实 (L3)：基于模型预测物理实体运行状态，为决策提供依据。
5. 以虚优实 (L4)：通过模型优化物理实体运行，提升效率。
6. 虚实共生 (L5)：实现物理与数字空间的深度融合与协同进化。

未来发展趋势

1. 规范化：标准引领的开放化与模块化将成为数字孪生工业软件发展的重点。
2. 智能化：AI赋能，实现快速开发与智能应用。
3. 人本化：以人为本，提升数字孪生服务的用户体验。
4. 平台化：构建多场景适配的服务化平台，支持广泛的应用。
5. 生态化：推动数智生态融合，形成创新驱动的生态系统。

总结

数字孪生工业软件是实现工业智能化的关键技术载体，其发展需要多方协作与持续投入。随着技术的不断成熟与应用的广泛拓展，数字孪生工业软件将在全球数字经济中发挥更大作用，助力中国在该领域实现技术突破与国际话语权的提升。