数字孪生工业软件白皮书-DigitalTwin_148页_18mb

数字孪生工业软件白皮书总结

核心内容

数字孪生工业软件作为数字孪生技术从理论走向工程实践的核心载体，已逐步成为推动数字化转型的关键工具。本书围绕数字孪生工业软件的国内外发展现状、定义与需求分析、理论技术基础、参考架构及中国平台案例展开探讨，旨在推动数字孪生工业软件的规范化、智能化、平台化与生态化发展。

主要观点

1. 数字孪生发展迅速，但软件平台仍待完善

   • 数字孪生相关论文数量呈现指数增长，但工业软件系统研究仍显不足。
   • 专利数量逐年增加，但自主软件仍需进一步发展。
   • 标准体系正在形成，但软件标准仍需填补。
   • 领域应用需求迫切，但通用软件平台严重缺位。
   • 科研投入持续增长，但工业软件仍需突破。
   • 技术成果渐成体系，但软件生态尚未形成。
   • 世界各国都在争抢数字孪生技术高地，中国在这一领域具有重要引领作用。

2. 数字孪生工业软件需求多维

   • 需要满足不同参与者（学术研究者、应用开发者、行业应用者）的需求。
   • 需要具备多维度、多场景、多层级的功能体系，包括模型、数据、算法、物联连接、虚实交互和虚拟仿真等核心功能。

3. 数字孪生技术基础逐步完善

   • 数字孪生五维模型为理论与实践提供统一框架。
   • 模型构建、数据管理、连接交互、应用服务等理论与技术逐步成熟。
   • 数字孪生成熟度模型为技术发展提供分级参考。

4. 数字孪生标准体系初步建立

   • 本团队联合多家单位提出数字孪生标准体系框架，涵盖基础共性、关键技术、工具/平台、测评、安全、行业应用六大类标准。
   • 数字孪生车间系列团体标准已正式实施，为行业应用提供规范支持。

5. makeTwin参考架构推动平台化发展

   • makeTwin作为数字孪生工业软件平台参考架构，涵盖十大核心功能模块，支持模型构建、数据处理、算法开发、物联连接、虚实交互、仿真求解、可视化、基础库、场景模板及应用部署等。
   • 各模块之间通过自定义API实现强耦合交互，为数字孪生应用提供系统性支持。

关键信息

• 国内外现状

  • 截至2022年，全球数字孪生相关论文共11308篇，中国贡献2115篇，占总量约18.7%。
  • 数字孪生相关专利数量逐年上升，其中中国专利数量为80篇，但整体仍显不足。
  • ISO标准中与数字孪生相关的标准共7项，与工业软件相关的标准共49项，但两者的结合标准尚未形成。

• 数字孪生五维模型

  • 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）。
  • 该模型为数字孪生系统提供统一的参考架构，适用于不同领域和应用场景。

• 数字孪生成熟度模型

  • 分为六个等级：以虚仿实（L0）、以虚映实（L1）、以虚控实（L2）、以虚预实（L3）、以虚优实（L4）、虚实共生（L5）。
  • 各等级对应不同的功能实现，L5为理想状态，实现虚实双向驱动与协同。

• makeTwin参考架构

  • 包含十大核心功能模块：twinModelBuilder、twinDataProcessor、twinAlgBuilder、twinIoTConnector、twinInteractor、twinSimulator、twinVisualization、twinLibrary、twinSceneTemplate、twinAppDeployer。
  • 各模块之间通过自定义API交互，支持离线与在线部署，满足不同场景需求。

• 中国数字孪生工业软件平台案例

  • 卡奥斯D³OS、JIC DTP、GCAir、鲲恒嘉荣、雪浪OS、互时RZON®、李数Twinverse、飞渡DTS等平台已逐步落地应用。
  • 各平台在不同行业（如家电、汽配、矿山、制造等）展现出多样化的功能和应用场景。

未来发展趋势

• 规范化：标准引领，推动模块化、开放化的数字孪生工业软件发展。
• 智能化：AI赋能，实现快速开发与应用，提升数字孪生系统的智能决策能力。
• 平台化：构建多场景适配的服务化平台，提升软件的通用性与灵活性。
• 生态化：构建数智融合的创新生态，推动数字孪生技术与行业深度融合。

参与单位与人员

• 主要编制人员：陶飞（主编）、胡天亮、刘晓军、向峰、刘庭煜、孙铮、徐俊、鲍劲松、戚庆林、程江峰等。
• 主要参编单位：包括北京航空航天大学、山东大学、东南大学、西安交通大学、武汉科技大学、东华大学、中国机械总院北自所、腾讯、海尔卡奥斯、华龙讯达、世冠金洋、海克斯康、天玛智控、中国兵器工业信息中心、三一重工、e-works、邀博、数码大方、国家电网、宝信软件、中航西飞、京东方、金航数码、和利时、航天五院、上海智能制造功能平台等。
• 其他参编单位：包括北京中祥英科技、航天一院、航天五院、多氟多、无锡雪浪、优艾智合、互时科技、孪数科技、飞渡科技、上海航天设备制造总厂、扬子江药业、中国航空规划设计研究院、中国核电、中国电子科技集团第十研究所、核工业计算机应用研究所、北京空间飞行器总体设计部、安世亚太、尚源智慧、捷瑞数字、百川智能、招商局重工、武汉理工大学、西北工业大学、重庆大学、上海交通大学、华中科技大学、广东工业大学、郑州轻工业大学、上海大学、暨南大学、北京理工大学、浙江大学、大连理工大学、智能采矿装备技术全国重点实验室、中国船舶陕西柴油机重工、中国石油大学、郑州大学、江苏科技大学、太原理工大学、山西科达自控、黄陵矿业、神东煤炭、上海煤矿、湖北赞丰机器人、河南新华五岳、河南中烟、国家石油天然气管网集团、吉兰丁智能、重庆工业大数据创新中心、武汉创景可视、北京国信动力源、陕西小保当矿业等。

总结

数字孪生工业软件正成为推动智能制造、数字孪生应用落地的关键工具，其发展面临技术、标准、生态等多方面的挑战。本书通过系统分析国内外现状，提出数字孪生五维模型与makeTwin参考架构，为中国数字孪生工业软件的发展提供了理论指导与实践框架。同时，书中介绍了多个中国数字孪生平台案例，展示了国内在该领域的初步探索与应用成果。未来，数字孪生工业软件将在规范化、智能化、平台化与生态化方向持续发展，推动中国数字经济的高质量发展。