【DigitalTwin】数字孪生工业软件白皮书_148页_18mb

数字孪生工业软件白皮书总结

核心内容

数字孪生工业软件是实现数字孪生从理论到工程实践的重要载体，近年来在国内外得到了广泛关注。本白皮书旨在分析数字孪生工业软件的发展现状、定义与需求、理论技术基础、参考架构以及中国在该领域的应用与发展趋势。

主要观点

• 研究现状：数字孪生相关论文数量呈现指数增长，但软件系统研究仍显不足。专利方面，国外在数字孪生工业软件领域已形成一定壁垒，中国虽有所突破，但整体仍需加强。
• 标准体系：尽管ISO、IEC等国际组织正在推动数字孪生标准化，但目前缺乏针对数字孪生工业软件的统一标准。中国在标准制定方面已有初步进展，但“数字孪生+工业软件”的结合仍需深入研究。
• 行业应用：数字孪生已广泛应用于11个领域45个分类，但目前市场上大多数工业软件是行业定制化，缺乏通用平台，限制了其在理论研究和产业应用中的发展。
• 技术成熟度：数字孪生的成熟度分为六个等级，从“以虚仿实”到“虚实共生”，体现了从基础仿真到智能协同的演进过程。
• 未来趋势：数字孪生工业软件将向规范化、智能化、平台化和生态化方向发展，成为推动智能制造、数字中国建设的重要手段。

关键信息

1. 国内外发展现状

• 论文数量：2013-2022年间，全球共发表11308篇相关论文，其中中国贡献2115篇，显示出快速发展的趋势。
• 专利壁垒：2013-2022年全球受理数字孪生相关专利2810项，其中德国、美国、中国、欧盟等国家和地区为主要申请者，中国受理80项。
• 标准体系：目前ISO标准中“digital twin”相关标准7项，“industrial software”相关标准49项，但两者交集为0，说明标准体系尚未完善。

2. 数字孪生工业软件定义与需求

• 定义：数字孪生工业软件是工业领域中用于提高研发、制造、生产管理水平和工业装备性能的软件。
• 需求分析：
  • 参与者维度：学术研究者需要开放架构和丰富资源；应用开发者需要低代码和组态式开发；行业应用者需要简洁部署和维护。
  • 核心功能维度：包括模型构建、数据管理、算法配置、物联连接、虚实交互、虚拟仿真和可视化。

3. 理论技术基础

• 数字孪生五维模型：由物理实体（PE）、虚拟实体（VE）、系统状态（SS）、数据驱动（DD）和连接网络（CN）构成，用于多维度、多领域和多时空尺度描述物理实体。
• 数据管理：包括数据获取、存储、交互、关联、融合和演化，以支持信息空间与物理空间的实时交互和一致性。
• 连接交互：涵盖感知、通信、映射、联动和融合，是实现虚实融合的核心。
• 应用服务：分为驱动服务、增强服务和即服务，支持对物理系统的监测、预测、优化和控制。
• 成熟度模型：分为L0至L5六个等级，从简单的仿真到复杂的自主协同，反映了数字孪生技术的逐步成熟。
• 标准体系：包括基础共性标准、关键技术标准、工具/平台标准、测评标准、安全标准和行业应用标准，为数字孪生实施提供指导。

4. makeTwin参考架构

• 平台架构：makeTwin是一个综合性的数字孪生工业软件平台，提供模型创建、数据处理、算法构建、物联连接、虚实交互、仿真求解、可视化、基础库、场景模板和应用部署等功能。
• 交互机制：各功能模块之间通过自定义API进行交互，支持数据的流动与处理，增强平台的协同能力。
• 工作流程：包括项目创建、场景配置、仿真求解、可视化生成和应用部署，支持两种开发模式：基于模板和自定义组件。

5. 中国数字孪生工业软件平台

• 卡奥斯D³OS数字孪生平台：提供“产品+服务”端到端解决方案，具备全域数据整合、快速场景搭建、孪生仿真和智能决策等功能，已应用于家电、汽配、矿山等行业。
• JIC DTP木星平台：提供工业数字孪生解决方案，支持多行业应用。
• GCAir平台：实现系统仿真、测试和验证一体化。
• 雪浪OS：作为智能制造数字底座系统，提供多维可视化和高效数据处理。
• 互时RZON®平台：专注于工业数字孪生应用，具备模型构建、数据处理和仿真分析等功能。
• 李数Twinverse平台：支持高保真数字孪生建模与应用。
• 飞渡DTS平台：提供PaaS服务，支持数字孪生应用的快速部署和扩展。

未来发展趋势

• 规范化：标准引领的开放化和模块化是未来发展的重点。
• 智能化：AI赋能的快速开发和应用将成为主流。
• 平台化：多场景适配的服务化平台将推动数字孪生的广泛应用。
• 生态化：数字孪生与人工智能、大数据等技术的融合将构建新的数智生态。

结论

数字孪生工业软件在理论和技术层面已取得一定进展，但在实际应用中仍面临诸多挑战，如通用性不足、标准体系不完善等。makeTwin参考架构为数字孪生工业软件的发展提供了系统化的支持，而中国在该领域的平台建设也展现出一定的潜力和进展。未来，随着科研投入的增加和技术的不断成熟，数字孪生工业软件将在更多行业发挥重要作用，助力中国实现数字转型和智能制造。