2023工业软件白皮书（2023年第一版）R1.03-148页_137mb

报告摘要

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》全面分析了数字孪生及工业软件在国内外的发展现状，探讨了其定义与需求，构建了数字孪生的理论技术基础，并提出了数字孪生工业软件的参考架构——makeTwin。同时，介绍了中国当前数字孪生工业软件平台及应用案例，并展望了未来发展趋势。

主要观点

研究现状
- 数字孪生相关论文数量呈指数增长，但软件系统研究仍显不足。
- 专利壁垒逐渐形成，我国在数字孪生工业软件领域的自主专利数量有待提升。
- 标准体系正在形成，但软件标准尚不完善，需加强数字孪生工业软件标准的制定。
- 领域应用需求迫切，但通用性、平台化和工具化的软件仍较为缺乏。
- 科研投入持续增长，但数字孪生工业软件仍需突破技术瓶颈。
- 技术成果渐成体系，但软件生态尚未形成，需推动平台化与生态化发展。
- 各国积极布局数字孪生技术，数字中国已成为引领未来的重要方向。
定义与需求分析
- 数字孪生工业软件是数字孪生在工业领域的核心载体，其功能包括感知与控制、模型构建与管理、数据组织与使用、应用服务设计与部署、虚实连接与交互等。
- 需求分析从参与者维度和核心功能维度展开，提出数字孪生工业软件需具备可配置、可调用、可升级和可扩展等特性。
- 学术研究者需要开放的架构和丰富的资源；应用开发者需要低代码开发与灵活配置；行业应用者需要便捷部署和无忧维护。
理论技术基础
- 提出了数字孪生五维模型（PE, VE, DD, CN, SS），用于描述数字孪生系统。
- 探讨了数字孪生模型构建、数据管理、连接交互、应用服务等核心理论技术。
- 构建了数字孪生成熟度模型，分为L0至L5六个等级，从“以虚仿实”到“虚实共生”，反映了数字孪生技术的发展水平。
- 制定了数字孪生标准体系，涵盖基础共性、关键技术、工具/平台、测评、安全和行业应用六大类标准。
makeTwin参考架构
- makeTwin是基于数字孪生理论设计的工业软件平台参考架构，旨在推动数字孪生软件平台的统一与标准化。
- 平台包含十大核心功能模块：twinModelBuilder、twinDataProcessor、twinAlgBuilder、twinIoTConnector、twinInteractor、twinSimulator、twinVisualization、twinLibrary、twinSceneTemplate和twinAppDeployer。
- 各模块之间通过自定义API进行交互，并可封装为SDK供其他模块或外部系统调用。
- makeTwin工作流程分为项目创建、场景配置、仿真求解、可视化及部署等步骤，支持基于模板和自定义两种开发模式。
中国数字孪生工业软件平台
- 介绍了多个中国数字孪生工业软件平台，包括卡奥斯D³OS、JIC DTP木星平台、GCAir系统仿真测试验证一体化平台、鲲恒嘉荣数字元生态平台、雪浪OS、互时RZON®、案数Twinverse、飞渡DTS等。
- 这些平台在智能制造、能源、交通、医疗等多个领域有实际应用案例，展现了中国在数字孪生工业软件方面的初步能力。

关键信息

数字孪生五维模型：包括物理实体（PE）、虚拟实体（VE）、孪生数据（DD）、连接交互（CN）和应用服务（SS），为数字孪生系统提供了理论框架。
数字孪生成熟度模型：分为六个等级，从“以虚仿实”到“虚实共生”，反映了数字孪生技术的发展阶段和应用深度。
makeTwin参考架构：提供统一的平台架构，涵盖模型构建、数据处理、算法管理、物联连接、交互配置、仿真求解、可视化、基础库、场景模板和应用部署等功能模块。
中国数字孪生工业软件平台：多个平台已在不同行业开展应用，如卡奥斯D³OS、雪浪OS、互时RZON®等，但整体仍处于起步阶段，需进一步完善。