數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用白皮書（2021）

前言

隨著經(jīng)濟社會數(shù)字化轉(zhuǎn)型的持續(xù)推進，數(shù)字孿生逐漸成為產(chǎn)業(yè)各界關(guān)注的熱點技術(shù)。數(shù)字孿生起源航天軍工領(lǐng)域，近年來持續(xù)向智能制造、智慧城市等垂直行業(yè)拓展，實現(xiàn)機理描述、異常診斷、風(fēng)險預(yù)測、決策輔助等應(yīng)用價值，已成為助力企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型、促進數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展的重要抓手。

本白皮書聚焦數(shù)字孿生關(guān)鍵技術(shù)和行業(yè)應(yīng)用發(fā)展，梳理數(shù)字孿生整體發(fā)展情況，深入分析技術(shù)體系和典型垂直行業(yè)應(yīng)用場景，旨在為產(chǎn)業(yè)界在規(guī)劃實施數(shù)字孿生相關(guān)應(yīng)用時提供參考借鑒，助力數(shù)字孿生技術(shù)演進和產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

1 數(shù)字孿生概述

1.1 數(shù)字孿生內(nèi)涵與發(fā)展歷程

數(shù)字孿生是一種數(shù)字化理念和技術(shù)手段，它以數(shù)據(jù)與模型的集成融合為基礎(chǔ)與核心，通過在數(shù)字空間實時構(gòu)建物理對象的精準數(shù)字化映射，基于數(shù)據(jù)整合與分析預(yù)測來模擬、驗證、預(yù)測、控制物理實體全生命周期過程，最終形成智能決策的優(yōu)化閉環(huán)。其中，面向的物理對象包括實物、行為、過程，構(gòu)建孿生體涉及到的數(shù)據(jù)包括實時傳感數(shù)據(jù)和運行歷史數(shù)據(jù)，集成的模型涵蓋物理模型、機理模型和流程模型等。

數(shù)字孿生的概念始于航天軍工領(lǐng)域，經(jīng)歷了“技術(shù)探索、概念提出、應(yīng)用萌芽、行業(yè)滲透”四個發(fā)展階段。數(shù)字孿生技術(shù)最早在 1969 年被 NASA 應(yīng)用于阿波羅計劃中，用于構(gòu)建航天飛行器的孿生體，反映航天器在軌工作狀態(tài)，輔助緊急事件的處置。2003 年，數(shù)字孿生概念正式被密歇根大學(xué)的 Grieves 教授提出，并強調(diào)全生命周期交互映射的特征。經(jīng)歷了幾年的概念演進發(fā)展后，自 2010 年開始，數(shù)字孿生技術(shù)在各行業(yè)呈現(xiàn)應(yīng)用價值，美國軍方基于數(shù)字孿生實現(xiàn) F35 戰(zhàn)機的數(shù)字伴飛，降低戰(zhàn)機維護成本和使用風(fēng)險；通用電器為客機航空發(fā)動機建立孿生模型，實現(xiàn)實時監(jiān)控和預(yù)測性維護；歐洲工控巨頭西門子、達索、ABB 在工業(yè)裝備企業(yè)中推廣數(shù)字孿生技術(shù)，進一步促進了技術(shù)向工業(yè)領(lǐng)域的推廣。近年來，數(shù)字孿生技術(shù)在工業(yè)、城市管理領(lǐng)域持續(xù)滲透，并向交通、健康醫(yī)療等垂直行業(yè)拓展，實現(xiàn)機理描述、異常診斷、風(fēng)險預(yù)測、決策輔助等應(yīng)用價值，有望在未來成為經(jīng)濟社會產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的通用技術(shù)。

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審核編輯 黃宇