20201120-中国电子信息产业发展研究院-2020版数字孪生应用白皮书_313页_4mb

报告摘要

数字孪生技术作为推动企业数字化转型和数字经济发展的重要手段，是一种通过数据连接实现物理实体与虚拟模型双向映射、动态交互和实时连接的技术。其核心在于构建数字化表达，提供物理实体全生命周期的集成视图，支持优化整体性能。

发展背景
数字孪生起源于NASA的“阿波罗计划”，后在Grieves教授的研究中被提出，并在2010年被正式定义。随着物联网、大数据、云计算和人工智能等技术的发展，数字孪生在多个领域得到了广泛应用。
定义与特征
- 数字孪生是一种数字化表达，支持物理实体与虚拟实体之间的数据连接和同速率收敛。
- 典型特征包括互操作性、可扩展性、实时性、保真性、闭环性等。
与其他技术的区别
- 数字孪生与仿真、CPS、数字主线、资产管理壳等技术相比，具有更强的实时性、闭环性和数据驱动能力。

相关术语
- 数字孪生：特定物理实体或过程的数字化表达。
- 数字孪生体：指数字孪生背后的技术体系、模型实例及应用。
- 实体对象：包括人员、设备、事件等。
- 物理实体与虚拟实体：分别代表现实世界和数字空间的对应物。
- 数字化表达：用于支持某些决策的物理实体信息集合。
- 数字化建模：将信息数据分配给物理世界中待完成计算机识别的对象的过程。
系统相关
- 物联网（IoT）：连接实体、人员、系统和信息资源的基础架构。
- 基于模型的设计（MBD）与基于模型的企业（MBE）：通过算法建模进行软件设计和企业流程优化。
系统数据相关
- 资产数据、运营数据、背景数据、元数据等构成数字孪生的数据基础。
模型相关
- 统计模型、工程模型、元模型等用于数字孪生的构建和分析。
性能相关
- 包括一致性、可靠性、验证、确认、鲁棒性、保真度、可追溯性、同步性、可重构性等。
功能相关
- 分析、互操作性、可视化、优化、预测、仿真、监控、增强现实、虚拟现实等是数字孪生的主要功能。
应用相关
- 数字孪生在智能制造、智慧城市、智慧交通、智慧能源、智慧建筑、智慧健康等领域具有广泛应用。

应用需求方向
- 促进数字经济与实体经济融合，加快产业升级。
- 贯通工业生产信息孤岛，释放数据价值。
- 统筹协调系统内外部变化，实现资源能源优化配置。
- 实现全要素数字化，推动新型智慧城市建设。
- 基于医疗大数据合理分配医疗资源，提升公共健康保障效率。
数字孪生产业图谱
- 产业分为六大核心模块：基础支撑、数据互动、模型构建与仿真分析、共性应用、行业应用。
- 主要厂商分为四类：技术研发、技术咨询、技术应用、其他服务。
典型应用案例
- 智能制造领域：包括设备监控、生产流程优化、产品设计等。
- 智慧城市领域：包括城市规划、设计施工、管理运营、公共服务等。
- 智慧交通领域：包括交通监控、智能调度、设备管理等。
- 智慧能源领域：包括能源系统仿真、优化调度等。
- 智慧建筑领域：包括建筑模型构建、设备运行监控等。
- 智慧健康领域：包括远程医疗、精准医疗、健康监测与管理等。

标准化工作概述
- 标准化工作涵盖多个领域，包括智能制造、智慧城市、智慧交通、智慧健康等。
各领域标准化现状与需求
- 智能制造：需要统一标准支持数字孪生在产品设计、制造和运维中的应用。
- 智慧城市：需统一数据格式和接口标准，以实现城市级数字孪生平台的互联互通。
- 智慧交通：需标准化数据采集、传输、建模和分析流程。
- 智慧健康：需建立统一的医疗数据标准和安全规范。