數(shù)字孿生應(yīng)用白皮書

1、前言 1一、數(shù)字孿生概述 1（一）數(shù)字孿生發(fā)展背景 1（二）數(shù)字孿生的定義及典型特征 3（三）數(shù)字孿生與其他技術(shù)的區(qū)別 5二、數(shù)字孿生相關(guān)概念及內(nèi)涵 8（一）相關(guān)術(shù)語(yǔ) 8（二）相關(guān)概念 13三、數(shù)字孿生應(yīng)用發(fā)展綜述 16（一）應(yīng)用需求方向 16（二）數(shù)字孿生產(chǎn)業(yè)圖譜 26（三）應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀 37（四）數(shù)字孿生技術(shù)體系 73（五）推動(dòng)條件 92四、數(shù)字孿生標(biāo)準(zhǔn)化當(dāng)前工作、現(xiàn)狀及需求 99（一）標(biāo)準(zhǔn)化工作概述 99（二）智能制造領(lǐng)域數(shù)字孿生標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)狀及需求 105 HYPERLINK l _TOC_250018 （三）智慧城市領(lǐng)域數(shù)字孿生標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)狀及需求 110 HYPERLINK l _TOC_

2、250017 （四）智慧交通領(lǐng)域數(shù)字孿生標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)狀及需求 112 HYPERLINK l _TOC_250016 （五）智慧健康領(lǐng)域數(shù)字孿生標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)狀及需求 113五、存在的挑戰(zhàn) 115 HYPERLINK l _TOC_250015 （一）數(shù)據(jù)相關(guān)的挑戰(zhàn) 115 HYPERLINK l _TOC_250014 （二）基礎(chǔ)知識(shí)庫(kù)相關(guān)的挑戰(zhàn) 117 HYPERLINK l _TOC_250013 （三）安全相關(guān)的挑戰(zhàn) 119 HYPERLINK l _TOC_250012 （四）商業(yè)模式相關(guān)的挑戰(zhàn) 120 HYPERLINK l _TOC_250011 （五）人才相關(guān)的挑戰(zhàn) 122 HYPERL

3、INK l _TOC_250010 （六）多系統(tǒng)融合的挑戰(zhàn) 123 HYPERLINK l _TOC_250009 （七）互聯(lián)互通互操作的挑戰(zhàn) 124六、典型應(yīng)用案例 126 HYPERLINK l _TOC_250008 （一）智能制造領(lǐng)域 126 HYPERLINK l _TOC_250007 （二）智慧城市領(lǐng)域 208 HYPERLINK l _TOC_250006 （三）智慧交通領(lǐng)域 241 HYPERLINK l _TOC_250005 （四）智慧能源領(lǐng)域 266 HYPERLINK l _TOC_250004 （五）智慧建筑領(lǐng)域 278 HYPERLINK l _TOC_25000

4、3 （六）智慧健康領(lǐng)域 292七、結(jié)論與展望 300 HYPERLINK l _TOC_250002 （一）趨勢(shì)的展望 300 HYPERLINK l _TOC_250001 （二）支持與監(jiān)管政策相關(guān)建議 301 HYPERLINK l _TOC_250000 （三）技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用相關(guān)建議 303數(shù)字化轉(zhuǎn)型是我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)未來(lái)發(fā)展的必由之路。習(xí)近平總書記指出，世界經(jīng)濟(jì)數(shù)字化轉(zhuǎn)型是大勢(shì)所趨。當(dāng)前，世界正處于百年未有之大變局，數(shù)字經(jīng)濟(jì)已成為全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展的熱點(diǎn)，美、英、歐盟等紛紛提出數(shù)字經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略。數(shù)字孿生等新技術(shù)與國(guó)民經(jīng)濟(jì)各產(chǎn)業(yè)融合不斷深化，有力推動(dòng)著各產(chǎn)業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化發(fā)展進(jìn)程，成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)

5、社會(huì)發(fā)展變革的強(qiáng)大動(dòng)力。未來(lái)，所有的企業(yè)都將成為數(shù)字化的公司，這不只是要求企業(yè)開發(fā)出具備數(shù)字化特征的產(chǎn)品，更指的是通過(guò)數(shù)字化手段改變整個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、開發(fā)、制造和服務(wù)過(guò)程，并通過(guò)數(shù)字化的手段連接企業(yè)的內(nèi)部和外部環(huán)境。數(shù)字孿生技術(shù)作為推動(dòng)實(shí)現(xiàn)企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型、促進(jìn)數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要抓手，已建立了普遍適應(yīng)的理論技術(shù)體系，并在產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造、工程建設(shè)和其他學(xué)科分析等領(lǐng)域有較為深入的應(yīng)用。在當(dāng)前我國(guó)各產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域強(qiáng)調(diào)技術(shù)自主和數(shù)字安全的發(fā)展階段，數(shù)字孿生技術(shù)本身具有的高效決策、深度分析等特點(diǎn)，將有力推動(dòng)數(shù)字產(chǎn)業(yè)化和產(chǎn)業(yè)數(shù)字化進(jìn)程，加快實(shí)現(xiàn)數(shù)字經(jīng)濟(jì)的國(guó)家戰(zhàn)略。本白皮書力求以較為淺顯易懂的方式對(duì)數(shù)字孿生相關(guān)定義、特

6、征進(jìn)行闡述，并針對(duì)當(dāng)前數(shù)字孿生的技術(shù)熱點(diǎn)、應(yīng)用領(lǐng)域、產(chǎn)業(yè)情況和標(biāo)準(zhǔn)化工作進(jìn)展進(jìn)行了分析。白皮書涵蓋了 6 個(gè)領(lǐng)域共計(jì) 31個(gè)數(shù)字孿生應(yīng)用案例。本白皮書通過(guò)梳理數(shù)字孿生技術(shù)和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用發(fā)展情況，分析數(shù)字孿生技術(shù)熱點(diǎn)、行業(yè)動(dòng)態(tài)和未來(lái)趨勢(shì)，提出相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)化工作需求，希望可以作為數(shù)字孿生技術(shù)領(lǐng)域、產(chǎn)業(yè)發(fā)展和標(biāo)準(zhǔn)化之間的初始連接紐帶，加快推動(dòng)數(shù)字孿生發(fā)展應(yīng)用。一、數(shù)字孿生概述（一）數(shù)字孿生發(fā)展背景“孿生”的概念起源于美國(guó)國(guó)家航空航天局的“阿波羅計(jì)劃”，即構(gòu)建兩個(gè)相同的航天飛行器，其中一個(gè)發(fā)射到太空?qǐng)?zhí)行任務(wù)，另一個(gè)留在地球上用于反映太空中航天器在任務(wù)期間的工作狀態(tài)，從而輔助工程師分析處理太空中出現(xiàn)的緊急事件

7、。當(dāng)然，這里的兩個(gè)航天器都是真實(shí)存在的物理實(shí)體。2003 年前后， 關(guān)于數(shù)字孿生（Digital Twin） 的設(shè)想首次出現(xiàn)于 Grieves 教授在美國(guó)密歇根大學(xué)的產(chǎn)品全生命周期管理課程上。但是，當(dāng)時(shí)“Digital Twin”一詞還沒(méi)有被正式提出，Grieves 將這一設(shè)想稱為 “Conceptual Ideal for PLM（Product Lifecycle Management）”，如圖 1 所示。盡管如此，在該設(shè)想中數(shù)字孿生的基本思想已經(jīng)有所體現(xiàn)，即在虛擬空 間構(gòu)建的數(shù)字模型與物理實(shí)體交互映射，忠實(shí)地描述物理實(shí)體全生命周 期的運(yùn)行軌跡。Conceptual Ideal for P

8、LMDataReal SpaceInformationProcessVirtual SpaceVS1VS2VSn圖 1 PLM 中的概念設(shè)想電廠三維可視化管理電廠運(yùn)行優(yōu)化電力設(shè)備健康管理通用電網(wǎng)模型構(gòu)建電網(wǎng)設(shè)計(jì)及運(yùn)維數(shù)字孿生應(yīng)用其它行業(yè)農(nóng)業(yè)：農(nóng)作物與牲畜監(jiān)測(cè)管理文化：物質(zhì)文化遺產(chǎn)數(shù)字化建設(shè)教育：物理設(shè)備與場(chǎng)景模擬信息安全：私有數(shù)據(jù)保護(hù)直到2010 年，“Digital Twin”一詞在NASA 的技術(shù)報(bào)告中被正式提出，并被定義為“集成了多物理量、多尺度、多概率的系統(tǒng)或飛行器仿真過(guò)程”。 2011 年，美國(guó)空軍探索了數(shù)字孿生在飛行器健康管理中的應(yīng)用，并詳細(xì)探討了實(shí)施數(shù)字孿生的技術(shù)挑戰(zhàn)。2012

9、年，美國(guó)國(guó)家航空航天局與美國(guó)空軍聯(lián)合發(fā)表了關(guān)于數(shù)字孿生的論文，指出數(shù)字孿生是驅(qū)動(dòng)未來(lái)飛行器發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。在接下來(lái)的幾年中，越來(lái)越多的研究將數(shù)字孿生應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，包括機(jī)身設(shè)計(jì)與維修，飛行器能力評(píng)估，飛行器故障預(yù)測(cè)等。圖 2 數(shù)字孿生行業(yè)應(yīng)用近年來(lái)，數(shù)字孿生得到越來(lái)越廣泛的傳播。同時(shí)，得益于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等新一代信息技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字孿生的實(shí)施已逐漸成為可能?，F(xiàn)階段，除了航空航天領(lǐng)域，數(shù)字孿生還被應(yīng)用于電力、船舶、城市管理、農(nóng)業(yè)、建筑、制造、石油天然氣、健康醫(yī)療、環(huán)境保護(hù)等行業(yè)，如圖 2 所示。特別是在智能制造領(lǐng)域，數(shù)字孿生被認(rèn)為是一種實(shí)現(xiàn)制造信息世界與物理世界交互融合

10、的有效手段。許多著名企業(yè)（如空客、洛克希德馬丁、西門子等）與組織（如 Gartner、德勤、中國(guó)科協(xié)智能制造協(xié)會(huì)）對(duì)數(shù)字孿生給予了高度重視，并且開始探索基于數(shù)字孿生的智能生產(chǎn)新模式。（二）數(shù)字孿生的定義及典型特征數(shù)字孿生的定義匯總摘選標(biāo)準(zhǔn)化組織中的定義數(shù)字孿生是具有數(shù)據(jù)連接的特定物理實(shí)體或過(guò)程的數(shù)字化表達(dá)，該數(shù)據(jù)連接可以保證物理狀態(tài)和虛擬狀態(tài)之間的同速率收斂，并提供物理實(shí)體或流程過(guò)程的整個(gè)生命周期的集成視圖，有助于優(yōu)化整體性能。學(xué)術(shù)界的定義數(shù)字孿生是以數(shù)字化方式創(chuàng)建物理實(shí)體的虛擬實(shí)體，借助歷史數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以及算法模型等，模擬、驗(yàn)證、預(yù)測(cè)、控制物理實(shí)體全生命周期過(guò)程的技術(shù)手段 a。從根本上講，

11、數(shù)字孿生可以定義為有助于優(yōu)化業(yè)務(wù)績(jī)效的物理對(duì)象或過(guò)程的歷史和當(dāng)前行為的不斷發(fā)展的數(shù)字資料。數(shù)字孿生模型基于跨a 陶飛，劉蔚然等，數(shù)字孿生及其應(yīng)用探索一系列維度的大規(guī)模，累積，實(shí)時(shí)，真實(shí)世界的數(shù)據(jù)測(cè)量 a。企業(yè)的定義數(shù)字孿生是資產(chǎn)和流程的軟件表示，用于理解、預(yù)測(cè)和優(yōu)化績(jī)效以實(shí)現(xiàn)改善的業(yè)務(wù)成果。數(shù)字孿生由三部分組成：數(shù)據(jù)模型，一組分析或算法，以及知識(shí) b。數(shù)字孿生公司早已在行業(yè)中立足，它在整個(gè)價(jià)值鏈中革新了流程。作為產(chǎn)品，生產(chǎn)過(guò)程或性能的虛擬表示，它使各個(gè)過(guò)程階段得以無(wú)縫鏈接。這可以持續(xù)提高效率，最大程度地降低故障率，縮短開發(fā)周期，并開辟新的商機(jī)：換句話說(shuō)，它可以創(chuàng)造持久的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì) 。數(shù)字孿生的典

12、型特征從數(shù)字孿生的定義可以看出，數(shù)字孿生具有以下幾個(gè)典型特點(diǎn)：互操作性數(shù)字孿生中的物理對(duì)象和數(shù)字空間能夠雙向映射、動(dòng)態(tài)交互和實(shí)時(shí)連接，因此數(shù)字孿生具備以多樣的數(shù)字模型映射物理實(shí)體的能力，具有能夠在不同數(shù)字模型之間轉(zhuǎn)換、合并和建立“表達(dá)”的等同性?？蓴U(kuò)展性數(shù)字孿生技術(shù)具備集成、添加和替換數(shù)字模型的能力，能夠針對(duì)多尺度、多物理、多層級(jí)的模型內(nèi)容進(jìn)行擴(kuò)展。實(shí)時(shí)性數(shù)字孿生技術(shù)要求數(shù)字化，即以一種計(jì)算機(jī)可識(shí)別和處理的方式管理數(shù)據(jù)以對(duì)隨時(shí)間軸變化的物理實(shí)體進(jìn)行表征。表征的對(duì)象包括外觀、狀a Aaron Parrott and Lane Warshow，工業(yè) 4.0 和數(shù)字孿生b 通用電氣，什么是數(shù)字孿生？

13、 西門子，工業(yè)中的數(shù)字化轉(zhuǎn)型態(tài)、屬性、內(nèi)在機(jī)理，形成物理實(shí)體實(shí)時(shí)狀態(tài)的數(shù)字虛體映射。保真性數(shù)字孿生的保真性指描述數(shù)字虛體模型和物理實(shí)體的接近性。要求虛體和實(shí)體不僅要保持幾何結(jié)構(gòu)的高度仿真，在狀態(tài)、相態(tài)和時(shí)態(tài)上也要仿真。值得一提的是在不同的數(shù)字孿生場(chǎng)景下，同一數(shù)字虛體的仿真程度可能不同。例如工況場(chǎng)景中可能只要求描述虛體的物理性質(zhì)，并不需要關(guān)注化學(xué)結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。閉環(huán)性數(shù)字孿生中的數(shù)字虛體，用于描述物理實(shí)體的可視化模型和內(nèi)在機(jī)理，以便于對(duì)物理實(shí)體的狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)視、分析推理、優(yōu)化工藝參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)，實(shí)現(xiàn)決策功能，即賦予數(shù)字虛體和物理實(shí)體一個(gè)大腦。因此數(shù)字孿生具有閉環(huán)性。（三）數(shù)字孿生與其他技術(shù)的區(qū)別數(shù)字

14、孿生與仿真（Simulation）的區(qū)別仿真技術(shù)是應(yīng)用仿真硬件和仿真軟件通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)，借助某些數(shù)值計(jì)算和問(wèn)題求解，反映系統(tǒng)行為或過(guò)程的模型技術(shù)，是將包含了確定性規(guī)律和完整機(jī)理的模型轉(zhuǎn)化成軟件的方式來(lái)模擬物理世界的方法，目的是依靠正確的模型和完整的信息、環(huán)境數(shù)據(jù)，反映物理世界的特性和參數(shù)。仿真技術(shù)僅僅能以離線的方式模擬物理世界，不具備分析優(yōu)化功能，因此不具備數(shù)字孿生的實(shí)時(shí)性、閉環(huán)性等特征。數(shù)字孿生需要依靠包括仿真、實(shí)測(cè)、數(shù)據(jù)分析在內(nèi)的手段對(duì)物理實(shí)體狀態(tài)進(jìn)行感知、診斷和預(yù)測(cè)，進(jìn)而優(yōu)化物理實(shí)體，同時(shí)進(jìn)化自身的數(shù)字模型。仿真技術(shù)作為創(chuàng)建和運(yùn)行數(shù)字孿生的核心技術(shù)，是數(shù)字孿生實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互與融合的基礎(chǔ)。在此

15、基礎(chǔ)之上，數(shù)字孿生必需依托并集成其他新技術(shù)，與傳感器共同在線以保證其保真性、實(shí)時(shí)性與閉環(huán)性。數(shù)字孿生與信息物理系統(tǒng)（CPS）的區(qū)別數(shù)字孿生與 CPS 都是利用數(shù)字化手段構(gòu)建系統(tǒng)為現(xiàn)實(shí)服務(wù)。其中， CPS 屬于系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，而數(shù)字孿生側(cè)重于模型的構(gòu)建等技術(shù)實(shí)現(xiàn)。CPS 是通過(guò)集成先進(jìn)的感知、計(jì)算、通信和控制等信息技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)，構(gòu)建了物理空間與虛擬空間中人、機(jī)、物、環(huán)境和信息等要素相互映射、適時(shí)交互、高效協(xié)同的復(fù)雜系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)資源配置和運(yùn)行的按需響應(yīng)、快速迭代和動(dòng)態(tài)優(yōu)化a。相比于綜合了計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)、物理環(huán)境的多維復(fù)雜系統(tǒng) CPS，數(shù)字孿生的構(gòu)建作為建設(shè) CPS 系統(tǒng)的使能技術(shù)基礎(chǔ)，是 CPS

16、具體的物化體現(xiàn)。數(shù)字孿生的應(yīng)用既有產(chǎn)品、也有產(chǎn)線、工廠和車間，直接對(duì)應(yīng) CPS 所面對(duì)的產(chǎn)品、裝備和系統(tǒng)等對(duì)象。數(shù)字孿生在創(chuàng)立之初就明確了以數(shù)據(jù)、模型為主要元素構(gòu)建的基于模型的系統(tǒng)工程，更適合采用人工智能或大數(shù)據(jù)等新的計(jì)算能力進(jìn)行數(shù)據(jù)處理任務(wù)。數(shù)字孿生與數(shù)字主線（Digital Thread）的區(qū)別數(shù)字主線被認(rèn)為是產(chǎn)品模型在各階段演化利用的溝通渠道，是依托于產(chǎn)品全生命周期的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，涵蓋產(chǎn)品構(gòu)思、設(shè)計(jì)、供應(yīng)鏈、制造、售后服務(wù)等各個(gè)環(huán)節(jié)。在整個(gè)產(chǎn)品的生命周期中，通過(guò)提供訪問(wèn)、整合以及將不同 / 分散數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為可操作性信息的能力來(lái)通知決策制定者。數(shù)字主線也是一個(gè)允許可連接數(shù)據(jù)流的通信框架，并提供一

17、個(gè)包含生命周期各階段功能的集成視圖。數(shù)字主線有能力為產(chǎn)品數(shù)字孿生提供訪問(wèn)、整合和轉(zhuǎn)換能力，其目標(biāo)是貫通產(chǎn)品生命周期和價(jià)值鏈，實(shí)現(xiàn)全面追溯、信息交互和價(jià)值鏈協(xié)同。由此可見(jiàn)，產(chǎn)品的數(shù)字孿生是對(duì)象、模型和數(shù)據(jù)，a 中國(guó)電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院，信息物理系統(tǒng)建設(shè)指南（2020）而數(shù)字主線是方法、通道、鏈接和接口。簡(jiǎn)單地說(shuō)，在數(shù)字孿生的廣義模型之中，存在著彼此具有關(guān)聯(lián)的小模型。數(shù)字主線可以明確這些小模型之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系并提供支持。因此，從全生命周期這個(gè)廣義的角度來(lái)說(shuō)，數(shù)字主線是屬于面向全生命周期的數(shù)字孿生的。數(shù)字孿生和資產(chǎn)管理殼（Asset administration Shell）的區(qū)別出自工業(yè) 4.0 的

18、資產(chǎn)管理殼，是德國(guó)自工業(yè) 4.0 組件開始，發(fā)展起來(lái)的一套描述語(yǔ)言和建模工具，從而使得設(shè)備、部件等企業(yè)的每一項(xiàng)資產(chǎn)之間可以完成互聯(lián)互通與互操作。借助其建模語(yǔ)言、工具和通訊協(xié)議，企業(yè)在組成生產(chǎn)線的時(shí)候，可具備通用的接口，即實(shí)現(xiàn)“即插即用”性，大幅度降低工程組態(tài)的時(shí)間，更好地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)之間的互操作性。自數(shù)字孿生和資產(chǎn)管理殼的問(wèn)世以來(lái)，更多的觀點(diǎn)是視二者為美國(guó)和德國(guó)的工業(yè)文化不同的體現(xiàn)。實(shí)際上，相較于資產(chǎn)管理殼這樣一個(gè)起到管控和支撐作用的“管家”，數(shù)字孿生如同一個(gè)“執(zhí)行者”，從設(shè)計(jì)、模型和數(shù)據(jù)入手，感知并優(yōu)化物理實(shí)體，同時(shí)推動(dòng)傳感器、設(shè)計(jì)軟件、物聯(lián)網(wǎng)、新技術(shù)的更新迭代。但是，基于這兩者在技術(shù)實(shí)現(xiàn)層次上

19、比較相近，德國(guó)目前也正努力在把資產(chǎn)管理殼轉(zhuǎn)變?yōu)橹螖?shù)字孿生的基礎(chǔ)技術(shù)。二、數(shù)字孿生相關(guān)概念及內(nèi)涵（一）相關(guān)術(shù)語(yǔ)數(shù)字孿生相關(guān)數(shù)字孿生（digital twin）數(shù)字孿生是具有數(shù)據(jù)連接的特定物理實(shí)體或過(guò)程的數(shù)字化表達(dá)，該數(shù)據(jù)連接可以保證物理狀態(tài)和虛擬狀態(tài)之間的同速率收斂，并提供物理實(shí)體或流程過(guò)程的整個(gè)生命周期的集成視圖，有助于優(yōu)化整體性能。數(shù)字孿生體（digital twins）“體”在中文中的涵義包括事物本身（物體、實(shí)體）或事物的格局或規(guī)矩（體制、體系）。加上“體”字后，數(shù)字孿生體就是一個(gè)名詞。因此，數(shù)字孿生體中的“體”不僅指與物理實(shí)體或過(guò)程相對(duì)的數(shù)字化模型的實(shí)例，也指數(shù)字孿生背后的技術(shù)體系或?qū)W

20、科，還指數(shù)字孿生在系統(tǒng)級(jí)和體系級(jí)場(chǎng)景下的應(yīng)用。實(shí)體對(duì)象（entity）存在、曾經(jīng)存在或可能存在的一切具體或抽象的東西，包括這些事物之間的關(guān)聯(lián)。示例：人員，對(duì)象，事件，想法，過(guò)程等 a。物理實(shí)體（physical entity）物理環(huán)境現(xiàn)實(shí)物理世界中離散的、可識(shí)別和可觀察的事物，示例：城市、工廠、農(nóng)場(chǎng)、建筑物、電網(wǎng)中的電流、制造工藝等 b。a ISO/IEC 2382-36: 2019, Information technology - Vocabularyb ISO/IEC 23093-1, Information technology - Internet of media things虛擬

21、實(shí)體（virtual entity）與物理實(shí)體對(duì)應(yīng)的表示信息或數(shù)據(jù)的事物。物理域（物理空間）（physical domain/space）由物理實(shí)體組成的實(shí)體集合，包含人員、設(shè)備、材料等 a。虛擬域（虛擬 / 數(shù)字空間）（analog/digital space）由虛擬實(shí)體組成的實(shí)體集合，包含模型、算法、數(shù)據(jù)等。數(shù)字化表達(dá)（analytic expression）物理實(shí)體的信息集合，用以支持與它相關(guān)的某些決策。數(shù)字化建模（analytic model）將信息數(shù)據(jù)分配給物理世界中待完成計(jì)算機(jī)識(shí)別的對(duì)象的過(guò)程。系統(tǒng)相關(guān)物聯(lián)網(wǎng)（IoT）互連的實(shí)體、人員、系統(tǒng)和信息資源的基礎(chǔ)架構(gòu)，以及對(duì)物理和虛擬世界

22、中的信息進(jìn)行處理和響應(yīng)的服務(wù) b?；谀Ｐ偷脑O(shè)計(jì)（MBD）通過(guò)算法建模進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)的過(guò)程?；谀Ｐ偷钠髽I(yè)（MBE）基于三維產(chǎn)品定義的完全集成和協(xié)作環(huán)境，實(shí)現(xiàn)在整個(gè)企業(yè)中詳細(xì)共享；實(shí)現(xiàn)工程數(shù)據(jù)的快速、無(wú)縫且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的工程數(shù)據(jù)的消耗。采用建模與仿真技術(shù)對(duì)其設(shè)計(jì)、制造、產(chǎn)品支持的全部技術(shù)的和業(yè)務(wù)的流程進(jìn)行徹底的改進(jìn)、無(wú)縫的集成以及戰(zhàn)略的管理；利用產(chǎn)品和過(guò)程模型來(lái)定義、執(zhí)行、控制和管理企業(yè)的全部過(guò)程；并采用科學(xué)的模擬與分析工具，a ISO / IEC 30141 Reference architectureb ISO/IEC 20924: 2018,Information technology - I

23、nternet of things-Vocabulary在產(chǎn)品生命周期的每一步做出最佳決策，從根本上減少產(chǎn)品創(chuàng)新、開發(fā)、制造和支持的時(shí)間和成本。系統(tǒng)數(shù)據(jù)相關(guān)資產(chǎn)數(shù)據(jù)（asset data）事實(shí)、概念或指示的規(guī)范化表達(dá)，以支持人員或設(shè)備進(jìn)行交流、解釋或處理 a。運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)（operation data）在生產(chǎn)或運(yùn)營(yíng)中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。背景數(shù)據(jù)（background data）運(yùn)營(yíng)或其他目的所需的數(shù)據(jù)，包括歷史數(shù)據(jù)、相關(guān)數(shù)據(jù)等。元數(shù)據(jù)（metadata）有關(guān)邏輯包，邏輯組織，內(nèi)容和文件的描述性信息 b。注 1：可以將元數(shù)據(jù)分配給邏輯包內(nèi)的任何核心結(jié)構(gòu)，包括清單。 注 2：允許對(duì)元數(shù)據(jù)對(duì)象進(jìn)行任何綁定。元數(shù)

24、據(jù)的每個(gè)對(duì)象可以是本地或遠(yuǎn)程的。運(yùn)營(yíng)歷史（operation history）有關(guān)實(shí)體的過(guò)去表現(xiàn)或?qū)W習(xí)經(jīng)歷的記錄信息。維修歷史（maintenance history）將項(xiàng)目保留或恢復(fù)到能夠滿足相關(guān)規(guī)范要求并執(zhí)行其所需功能條件的所有操作的記錄信息 。a IEC 61804-1: Function blocks (FB) for process control - Part 1: Overview of system aspects v1.0b ISO/IEC 2382-36: 2019, Information technology - Vocabulary IEC 60079-17，Expl

25、osive atmospheres - Part 17: Electrical installations inspection and maintenance, v5.0模型相關(guān)統(tǒng)計(jì)模型（statistical model）基于概率理論的模型，通過(guò)數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)方法建立。工程模型（engineering model）幾何、材料、部件和行為、構(gòu)建和操作數(shù)據(jù)。元模型（metamodel）是關(guān)于模型的模型。這是特定領(lǐng)域的模型，定義概念并提供用于創(chuàng)建該領(lǐng)域中的模型的構(gòu)建元素。性能相關(guān)一致性（consistency）物理實(shí)體與其對(duì)應(yīng)的虛擬實(shí)體相匹配。一致性評(píng)價(jià)（consistency evaluation）

26、用于評(píng)估物理實(shí)體與其對(duì)應(yīng)的虛擬實(shí)體相匹配程度的過(guò)程?？煽啃裕╮eliability）在給定的條件下，給定的時(shí)間間隔內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。驗(yàn)證（verification）通過(guò)檢驗(yàn)（測(cè)試）證明規(guī)定的要求已經(jīng)得到滿足 a。確認(rèn)（confirmation）評(píng)估系統(tǒng)或組件以確保符合功能、性能和接口要求的過(guò)程。魯棒性（robustness）在存在無(wú)效輸入或壓力的環(huán)境條件下，系統(tǒng)或組件能夠正常工作的程度 b。a ISO/IEC 14776-121,Information technology - Small computer system interface, v1.0 (2010-10)b ISO/IE

27、C/IEEE 24765:2010，Systems and software engineering - Vocabulary保真度（fidelity）虛擬實(shí)體準(zhǔn)確地描述其對(duì)應(yīng)物理實(shí)體細(xì)節(jié)的程度?？勺匪菪裕╰raceability）一種測(cè)量結(jié)果或標(biāo)準(zhǔn)值的性質(zhì)，它可以通過(guò)一系列不間斷的比較，與規(guī)定的參考文獻(xiàn)相聯(lián)系，所有這些比較都有規(guī)定的不確定度。同步性（synchronism）用數(shù)字孿生表示的虛擬實(shí)體的狀態(tài)與可觀察到的物理實(shí)體狀態(tài)的同步程度，或反之。可重構(gòu)性（reconfigurability）物理實(shí)體及其虛擬實(shí)體可分解和重新組合的能力。功能相關(guān)分析（analysis）通過(guò)模型、數(shù)據(jù)、算法對(duì)物理

28、實(shí)體進(jìn)行描述、評(píng)估及預(yù)測(cè)的行為?；ゲ僮餍裕╥nteroperability）兩個(gè)或多個(gè)數(shù)字孿生體在實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通的基礎(chǔ)上能夠進(jìn)行信息交換、信息同步、業(yè)務(wù)協(xié)同等的能力。應(yīng)用相關(guān)可視化（visualization）使用計(jì)算機(jī)圖形和圖像處理來(lái)呈現(xiàn)過(guò)程或?qū)ο蟮哪Ｐ突蛱卣鳎灾С秩祟惖睦斫?。?yōu)化（optimization）設(shè)計(jì)和操作一個(gè)系統(tǒng)或過(guò)程，使其在某種意義上盡可能地實(shí)現(xiàn)更好。預(yù)測(cè)（prediction）用來(lái)獲得一個(gè)量的預(yù)測(cè)值的計(jì)算過(guò)程 a。注 1：“預(yù)測(cè)”一詞也可用來(lái)表示一個(gè)量的預(yù)測(cè)值。仿真（simulation）基于實(shí)驗(yàn)或訓(xùn)練為目的，將原本的系統(tǒng)、事務(wù)或流程，建立一個(gè)模型以表征其關(guān)鍵特性或者行為

29、/ 功能的方法。監(jiān)控（monitor）一種向人員和控制程序提供自動(dòng)性能監(jiān)督和過(guò)程狀態(tài)報(bào)警的方法 b。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（augmented reality）真實(shí)環(huán)境的交互體驗(yàn)，其中駐留在真實(shí)環(huán)境中的對(duì)象通過(guò)計(jì)算機(jī)生成的感知信息進(jìn)行增強(qiáng)。虛擬現(xiàn)實(shí)（virtual reality）一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)，它利用計(jì)算機(jī)生成一種模擬環(huán)境，使用戶沉浸到該環(huán)境中。（二）相關(guān)概念數(shù)字孿生生態(tài)系統(tǒng)數(shù)字孿生生態(tài)系統(tǒng)由基礎(chǔ)支撐層、數(shù)據(jù)互動(dòng)層、模型構(gòu)建與仿真分析層、共性應(yīng)用層和行業(yè)應(yīng)用層組成。其中基礎(chǔ)支撐層由具體的設(shè)備組成，包括工業(yè)設(shè)備、城市建筑設(shè)備、交通工具、醫(yī)療設(shè)備組成。數(shù)據(jù)互動(dòng)層包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳

30、輸和數(shù)據(jù)處理等內(nèi)容。模型構(gòu)建與仿真分析層包括a IEC 62059-31-1，Electricity metering equipment - Dependability - Accelerated reliability testing - Elevated temperature and humidityb IEC 62270，Guide for computer - based control for hydroelectric power plant automation（2013-09）VR/AR/MR大數(shù)據(jù)云計(jì)算、人工智能工業(yè)設(shè)備機(jī)床儀器儀表泵注塑機(jī) 城市建筑路燈電梯公共設(shè)施 交通

31、工具汽車高鐵動(dòng)車航空航天 行業(yè)應(yīng)用層醫(yī)療設(shè)備智能可穿戴設(shè)備基礎(chǔ)支撐層采集RS-485/M-Bus/HPLC/LoRa/RF處理數(shù)據(jù)互動(dòng)層 傳輸 4G/5G/GPRS/Ethernet/NB-loT模型構(gòu)建層與仿真分析層共性應(yīng)用層ZigBee傳感器儀器儀表SCADAPLC/CNC/ DNC數(shù)據(jù)建模數(shù)據(jù)治理數(shù)據(jù)集成控制仿真（CAE/BIM）建模（VR/AR/3D/CAD）決策預(yù)測(cè)診斷描述智慧能源智慧建筑智慧城市智慧健康智能制造API 5G邊緣計(jì)算物聯(lián)網(wǎng)圖 3 數(shù)字孿生生態(tài)系統(tǒng)數(shù)據(jù)建模、數(shù)據(jù)仿真和控制。共性應(yīng)用層包括描述、診斷、預(yù)測(cè)、決策四個(gè)方面。行業(yè)應(yīng)用層則包括智能制造、智慧城市在內(nèi)的多方面應(yīng)用。

32、數(shù)字孿生生命周期過(guò)程數(shù)字孿生中虛擬實(shí)體的生命周期包括起始、設(shè)計(jì)和開發(fā)、驗(yàn)證與確認(rèn)、部署、操作與監(jiān)控、重新評(píng)估和退役，物理實(shí)體的生命周期包括驗(yàn)證與確認(rèn)、部署、操作與監(jiān)控、重新評(píng)估和回收利用。值得指出的是，一是虛擬實(shí)體在全生命周期過(guò)程中與物理實(shí)體的相互作用是持續(xù)的，在虛擬實(shí)體與物理實(shí)體共存的階段，兩者應(yīng)保持相互關(guān)聯(lián)并相互作用。二是虛擬實(shí)體區(qū)別于物理實(shí)體的生命周期過(guò)程中，存在迭代的過(guò)程。虛擬實(shí)體在驗(yàn)證與確認(rèn)、部署、操作與監(jiān)控、重新評(píng)估等環(huán)節(jié)發(fā)生的變化，可以迭代反饋至設(shè)計(jì)和開發(fā)環(huán)節(jié)。虛擬實(shí)體相互作用物理實(shí)體數(shù)字孿生功能視角圖 4 數(shù)字孿生生命周期過(guò)程驗(yàn)證與確認(rèn)驗(yàn)證與確認(rèn)部署部署操作與監(jiān)控操作與監(jiān)控重新

33、評(píng)估重新評(píng)估回收利用退役設(shè)計(jì)和開發(fā)起始設(shè)計(jì)和開發(fā)起始輸入數(shù)據(jù)：激勵(lì)（同步）信息（物理世界）產(chǎn)品、服務(wù)或過(guò)程數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施迭代數(shù)據(jù)模型數(shù)字孿生虛擬世界過(guò)程應(yīng)用數(shù)字孿生應(yīng)用從數(shù)字孿生功能視角，可以看到數(shù)字孿生應(yīng)用需要在基礎(chǔ)設(shè)施的支撐下實(shí)現(xiàn)。物理世界中產(chǎn)品、服務(wù)或過(guò)程數(shù)據(jù)也會(huì)同步至虛擬世界中，虛擬世界中的模型和數(shù)據(jù)會(huì)和過(guò)程應(yīng)用進(jìn)行交互。向過(guò)程應(yīng)用輸入激勵(lì)和物理世界信息，可以得到包括優(yōu)化、預(yù)測(cè)、仿真、監(jiān)控、分析等功能的輸出。輸出：- 優(yōu)化，預(yù)測(cè)，仿真，監(jiān)控，分析，虛擬 / 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖 5 數(shù)字孿生功能視角三、數(shù)字孿生應(yīng)用發(fā)展綜述（一）應(yīng)用需求方向促進(jìn)數(shù)字經(jīng)濟(jì)與實(shí)體經(jīng)濟(jì)融合，加快產(chǎn)業(yè)升級(jí)習(xí)近平總書記強(qiáng)調(diào)指

34、出，在創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享的新發(fā)展理念指引下，中國(guó)高度重視發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟(jì)。當(dāng)前，以新一代信息技術(shù)為代表的新興技術(shù)突飛猛進(jìn)，加速推動(dòng)著經(jīng)濟(jì)社會(huì)各領(lǐng)域的發(fā)展變革。在推動(dòng)形成以國(guó)內(nèi)大循環(huán)為主體、國(guó)內(nèi)國(guó)際雙循環(huán)相互促進(jìn)的新發(fā)展格局背景下，數(shù)字經(jīng)濟(jì)在推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、培育新市場(chǎng)和產(chǎn)業(yè)新增長(zhǎng)點(diǎn)、實(shí)現(xiàn)包容性增長(zhǎng)和可持續(xù)增長(zhǎng)等諸多方面，都發(fā)揮著重要作用。黨的十九大報(bào)告指出，我國(guó)經(jīng)濟(jì)已經(jīng)由高速增長(zhǎng)階段轉(zhuǎn)向高質(zhì)量發(fā)展階段。我們正處在轉(zhuǎn)變發(fā)展方式、優(yōu)化經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)換增長(zhǎng)動(dòng)力的攻關(guān)期，這為數(shù)字經(jīng)濟(jì)與實(shí)體經(jīng)濟(jì)融合發(fā)展帶來(lái)了重大機(jī)遇。而數(shù)字孿生作為一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)和提高效能的重要工具，可以有效發(fā)揮其在模型設(shè)

35、計(jì)、數(shù)據(jù)采集、分析預(yù)測(cè)、模擬仿真等方面的作用，助力推進(jìn)數(shù)字產(chǎn)業(yè)化、產(chǎn)業(yè)數(shù)字化，促進(jìn)數(shù)字經(jīng)濟(jì)與實(shí)體經(jīng)濟(jì)融合發(fā)展。產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的轉(zhuǎn)型升級(jí)，不僅是技術(shù)問(wèn)題，也不僅是管理問(wèn)題；不只是商業(yè)交換問(wèn)題，也不僅是商業(yè)模式問(wèn)題，而是一種新的價(jià)值模式的問(wèn)題，是要重新定義一個(gè)價(jià)值體系和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。數(shù)字孿生系統(tǒng)和智能供應(yīng)鏈不是從技術(shù)層面，更多的是從為企業(yè)創(chuàng)造價(jià)值，為企業(yè)轉(zhuǎn)型，為企業(yè)找到新的價(jià)值模式層面，發(fā)揮現(xiàn)實(shí)作用。貫通工業(yè)生產(chǎn)信息孤島，釋放數(shù)據(jù)價(jià)值當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)已經(jīng)發(fā)展到高度自動(dòng)化與信息化階段，在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生大量信息。但由于信息的多源異構(gòu)、異地分散特征易形成信息孤島，在工業(yè)生產(chǎn)中沒(méi)有發(fā)揮出應(yīng)有價(jià)值。而數(shù)字孿生為工業(yè)產(chǎn)生

36、的物理對(duì)象創(chuàng)建了虛擬空間，并將物理設(shè)備的各種屬性映射到虛擬空間中。工業(yè)人員通過(guò)在虛擬空間中模擬、分析、生產(chǎn)預(yù)測(cè)，能夠仿真復(fù)雜的制造工藝，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，制造和智能服務(wù)等閉環(huán)優(yōu)化。數(shù)字孿生是未來(lái)數(shù)字化企業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，例如可應(yīng)用于以下的常見(jiàn)工業(yè)領(lǐng)域：工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中，在沒(méi)有數(shù)字化幫助下，設(shè)計(jì)產(chǎn)品要經(jīng)歷很多次迭代，非常耗費(fèi)資源并影響交付工期。在高度集成化的工業(yè)生產(chǎn)線設(shè)計(jì)中，需要基于精準(zhǔn)的節(jié)拍對(duì)各設(shè)備、物料、質(zhì)檢、人工裝配等環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化協(xié)調(diào)，以提升整體效率。在傳統(tǒng)規(guī)劃過(guò)程只能依造人工模擬或者在真實(shí)產(chǎn)線中進(jìn)行驗(yàn)證。因此工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，以及工業(yè)產(chǎn)線設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以在虛擬的三維數(shù)字孿生空間中進(jìn)

37、行部件修改調(diào)整，產(chǎn)品尺寸裝配等，以及在虛擬產(chǎn)線中進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化、問(wèn)題診斷內(nèi)容，從而大幅降低產(chǎn)品驗(yàn)證工作和裝配可行性，大幅減少迭代過(guò)程中設(shè)備的制造工作量、工期及成本。工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)在當(dāng)前高度信息化和集成化的工業(yè)生產(chǎn)模式，生產(chǎn)線發(fā)生意外故障時(shí)，很容易致使全產(chǎn)線停機(jī)停產(chǎn)，例如高度精細(xì)化的汽車生產(chǎn)線，會(huì)造成每天數(shù)百萬(wàn)級(jí)的損失。對(duì)于一些特殊工藝生產(chǎn)線，比如高溫高壓下的化工生產(chǎn)線，甚至面臨嚴(yán)重的安全風(fēng)險(xiǎn)和衍生災(zāi)害。因此工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中需要基于大量數(shù)據(jù)，在虛擬數(shù)字空間中進(jìn)行例如設(shè)備診斷、化學(xué)類生產(chǎn)過(guò)程的模擬，以及對(duì)當(dāng)前設(shè)備狀態(tài)和生產(chǎn)工藝下結(jié)果的仿真預(yù)測(cè)等，從而防止現(xiàn)場(chǎng)故障、生產(chǎn)異常產(chǎn)生出嚴(yán)重后果。統(tǒng)籌協(xié)調(diào)系統(tǒng)內(nèi)外

38、部變化，實(shí)現(xiàn)資源能源優(yōu)化配置目前，在數(shù)字孿生制造系統(tǒng)已經(jīng)成為了制造業(yè)的研究熱點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)不同產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程的資源能源優(yōu)化成為當(dāng)前的迫切需求。數(shù)字孿生制造系統(tǒng)與傳統(tǒng)制造系統(tǒng)相比，具有生產(chǎn)要素多樣、動(dòng)態(tài)生產(chǎn)路徑配置、人/ 機(jī)/ 物自主通訊、自組織和數(shù)據(jù)支撐的決策等特點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)資源能源優(yōu)化需要制造系統(tǒng)各部件具有自主智能并能通過(guò)群體協(xié)商尋求全系統(tǒng)穩(wěn)定配置參數(shù)并保持各自部件利益最大化，動(dòng)態(tài)決策系統(tǒng)還需要系統(tǒng)對(duì)外部環(huán)境變化及內(nèi)部故障進(jìn)行實(shí)時(shí)重分配與平衡。生產(chǎn)系統(tǒng)是根據(jù)內(nèi)部條件和外部環(huán)境的變化，對(duì)其內(nèi)部實(shí)行新的組合，從而使生產(chǎn)系統(tǒng)自身結(jié)構(gòu)和功能不斷創(chuàng)新的演進(jìn)過(guò)程。在面對(duì)個(gè)性化定制生產(chǎn)中出現(xiàn)的生產(chǎn)要素多樣、資源配置復(fù)

39、雜問(wèn)題，研究如何進(jìn)行生產(chǎn)過(guò)程中資源能源的組織行為和組織形態(tài)動(dòng)態(tài)變遷的有序化處理，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)資源能源的優(yōu)化配置。一個(gè)開放的系統(tǒng)，在平衡狀態(tài)的條件下可以由無(wú)序到有序的方向發(fā)展，有序的組織通過(guò)一個(gè)“自組織”實(shí)現(xiàn)從低級(jí)到高級(jí)的發(fā)展，這其中需要能量消耗。也就是說(shuō)系統(tǒng)通過(guò)正反饋與外界交互物質(zhì)和能量達(dá)到有序狀態(tài)的不斷增加，當(dāng)超越某一臨界值時(shí)，便達(dá)到了更高一級(jí)的階段，這一階段就是耗散結(jié)構(gòu)。延伸到生產(chǎn)系統(tǒng)當(dāng)中，如圖所示，面對(duì)個(gè)性化生產(chǎn)，生產(chǎn)系統(tǒng)中的資源在不同訂單的輸入下是混沌狀態(tài)或者是無(wú)序狀態(tài)。通過(guò)耗散結(jié)構(gòu)理論，輸出的狀態(tài)是不同訂單具有不同的設(shè)備應(yīng)用以及設(shè)備之間的有序排列。在數(shù)字孿生制造系統(tǒng)資源能源優(yōu)化中，系統(tǒng)的

40、復(fù)雜性程度越大，制造過(guò)程的不確定性越大，制造系統(tǒng)的資源能源優(yōu)化困難程度增大。數(shù)字孿生制造系統(tǒng)中資源能源利用耗散理論進(jìn)行優(yōu)化配置：首先將混亂無(wú)序的生產(chǎn)資源進(jìn)行機(jī)器間關(guān)聯(lián)，然后根據(jù)算法將關(guān)聯(lián)設(shè)備按訂單需求進(jìn)行串聯(lián)，不同訂單資源配置需求M1M3M2P：產(chǎn)品M：資源資源有序化M5M7P1P2M6M4M8輸入輸出散亂資源M3M2處理耗散結(jié)構(gòu)理論方法M1M3M2M1M5MM57M7M6M4M6M8M4M8圖 6 資源能源優(yōu)化配置形成有序化排列，利用優(yōu)化仿真進(jìn)行生產(chǎn)預(yù)測(cè)，構(gòu)建出資源分配與生產(chǎn)效益之間的定性映射關(guān)系數(shù)學(xué)模型。最終形成有序化資源能源配置。數(shù)字孿生與傳統(tǒng)的仿真技術(shù)都具有資源優(yōu)化的能力。但是傳統(tǒng)的仿

41、真技術(shù)通常只是物理實(shí)體在數(shù)字空間單向和靜態(tài)的映射，主要用于提升產(chǎn)品設(shè)計(jì)的效率，降低物理測(cè)試成本。相比于仿真技術(shù)，在物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)分析等新興技術(shù)的加持下，數(shù)字孿生對(duì)于資源優(yōu)化有著更深遠(yuǎn)的幫助：雙向：數(shù)字孿生是對(duì)真實(shí)物理產(chǎn)品、設(shè)備或過(guò)程的動(dòng)態(tài)和持續(xù)更新的表示。數(shù)字孿生能夠理解、預(yù)測(cè)產(chǎn)品、設(shè)備或過(guò)程，乃至能對(duì)物理產(chǎn)品實(shí)施控制、改變產(chǎn)品的狀態(tài)讓很多原來(lái)由于物理?xiàng)l件限制、必須依賴于真實(shí)的物理實(shí)體而無(wú)法完成的操作變得觸手可及，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)于產(chǎn)品、設(shè)備或過(guò)程的相關(guān)要素資源的優(yōu)化，并進(jìn)一步激發(fā)數(shù)字化創(chuàng)新。持續(xù)：數(shù)字孿生和物理產(chǎn)品之間的互動(dòng)是不間斷的，貫穿產(chǎn)品的全生命周期。在一定的程度上用來(lái)可以直接描述

42、它對(duì)應(yīng)實(shí)體對(duì)象的狀態(tài)，確保我們對(duì)實(shí)體對(duì)象狀態(tài)的可見(jiàn)。更重要的是幫助我們更深入地辨認(rèn)發(fā)生的事件（如質(zhì)量、故障），理解其原因，并能對(duì)未來(lái)可能發(fā)生的事件提供預(yù)測(cè)，從而降低企業(yè)進(jìn)行產(chǎn)品創(chuàng)新、模式創(chuàng)新中的成本、時(shí)間及風(fēng)險(xiǎn)，并且持續(xù)地推動(dòng)產(chǎn)品優(yōu)化，改善客戶體驗(yàn)，極大地驅(qū)動(dòng)了企業(yè)創(chuàng)新行為。開放：通過(guò)數(shù)字孿生收集到的海量數(shù)據(jù)，單靠企業(yè)自身的力量來(lái)分析和挖掘其中的價(jià)值是不夠的，企業(yè)需要將數(shù)據(jù)對(duì)第三方開放，借助外部合作伙伴的力量充分挖掘數(shù)字孿生的價(jià)值。互聯(lián)：數(shù)字孿生的意義不僅如此，還包括價(jià)值鏈上下游企業(yè)間的數(shù)據(jù)集成以及價(jià)值鏈端到端集成，本質(zhì)是全價(jià)值鏈的協(xié)同。產(chǎn)品數(shù)字孿生作為全價(jià)值鏈的數(shù)據(jù)中心，其目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)全價(jià)值鏈

43、的協(xié)同，因此不僅是要實(shí)現(xiàn)上下游企業(yè)間的數(shù)據(jù)集成和數(shù)據(jù)共享，也要實(shí)現(xiàn)上下游企業(yè)間的產(chǎn)品協(xié)同開發(fā)、協(xié)同制造和協(xié)同運(yùn)維等。實(shí)現(xiàn)全要素?cái)?shù)字化，推動(dòng)新型智慧城市建設(shè)中國(guó)的人口增長(zhǎng)率盡管在新世紀(jì)呈現(xiàn)逐年下滑趨勢(shì)，但受到人口基數(shù)和明顯加快的城市化水平的影響，中國(guó)的人口在 2019 年已經(jīng)升至 14億人口增長(zhǎng)。人口的急劇增加與都市化發(fā)展帶來(lái)的交通擁堵、治安惡化、大氣污染、噪音污染等多種“城市病”正嚴(yán)重影響著我們的生活。城市過(guò)大，在短時(shí)間過(guò)多人口集中到城市，不可避免地產(chǎn)生大批失業(yè)、交通擁堵、犯罪增加、環(huán)境惡化、淡水和能源等資源供應(yīng)緊張等現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。以及由上述問(wèn)題引起的城市人群易患的身心疾病，這些問(wèn)題和矛盾又在一定

44、程度上制約了城市的發(fā)展，加劇了城市政府的負(fù)擔(dān)，使城市政府陷入了兩難困境。智慧城市建設(shè)發(fā)展已近十年，至今卻無(wú)一個(gè)城市自我標(biāo)榜已建成了智慧城市。事實(shí)上，智慧城市面臨技術(shù)和非技術(shù)兩大瓶頸難以突破，可謂舉步維艱。所謂技術(shù)瓶頸，是指基于云計(jì)算和互聯(lián)網(wǎng)的聚合式的模式創(chuàng)新比較成功，而基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、區(qū)塊鏈、量子通信等技術(shù)的原始創(chuàng)新極度缺乏，未出現(xiàn)殺手級(jí)應(yīng)用，各功能模塊有機(jī)融合的 ONE ICT 架構(gòu)未能實(shí)現(xiàn)，造成創(chuàng)新只停留在表面，城市運(yùn)行和治理的水平有量的提升，但沒(méi)有質(zhì)的改變。所謂非技術(shù)瓶頸，表現(xiàn)在智慧城市建設(shè)所需的龐大資金問(wèn)題一直沒(méi)有找到解決之道，政府和市場(chǎng)邊界不好劃分，工程周期長(zhǎng)投入大充滿

45、變數(shù)，企業(yè)盈利和資本回報(bào)前景模糊，觀望躑躅之下，推進(jìn)效果可想而知。此外，彰顯智慧所必須的資源共享與業(yè)務(wù)協(xié)同機(jī)制也一直沒(méi)有建立起來(lái)，信息打通仍困難，協(xié)同共治難實(shí)現(xiàn)。兩大瓶頸懸而未決導(dǎo)致智慧城市疲態(tài)盡顯停滯不前，現(xiàn)有的建設(shè)發(fā)展模式亟待突破。數(shù)字孿生城市通過(guò)對(duì)物理世界的人、物、事件等所有要素?cái)?shù)字化，在網(wǎng)絡(luò)空間再造一個(gè)與之對(duì)應(yīng)的“虛擬世界”，形成物理維度上的實(shí)體世界和信息維度上的數(shù)字世界同生共存、虛實(shí)交融的格局。物理世界的動(dòng)態(tài)，通過(guò)傳感器精準(zhǔn)、實(shí)時(shí)地反饋到數(shù)字世界。數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化實(shí)現(xiàn)由實(shí)入虛，網(wǎng)絡(luò)化智能化實(shí)現(xiàn)由虛入實(shí)，通過(guò)虛實(shí)互動(dòng)，持續(xù)迭代，實(shí)現(xiàn)物理世界的最佳有序運(yùn)行。數(shù)字孿生城市將推動(dòng)新型智慧城市建

46、設(shè)，在信息空間上構(gòu)建的城市虛擬映像疊加在城市物理空間上，將極大地改變城市面貌，重塑城市基礎(chǔ)設(shè)施，形成虛實(shí)結(jié)合、孿生互動(dòng)的城市發(fā)展新形態(tài)；借助更泛在、普惠的感知，更快速的網(wǎng)絡(luò)，更智能的計(jì)算，一種更加智慧化的新型城市將得以創(chuàng)建。數(shù)字孿生城市不僅賦予了城市政府全局規(guī)劃和實(shí)時(shí)治理能力，更帶給所有市民能感受到的品質(zhì)生活體驗(yàn)。提升城市規(guī)劃質(zhì)量和水平：數(shù)字孿生城市執(zhí)行快速的“假設(shè)”分析和虛擬規(guī)劃，可迅速摸清城市“家底”，把握城市運(yùn)行脈搏；在規(guī)劃前期和建設(shè)早期了解城市特性、評(píng)估規(guī)劃影響，避免在不切實(shí)際的規(guī)劃設(shè)計(jì)上浪費(fèi)時(shí)間，防止在驗(yàn)證階段重新進(jìn)行設(shè)計(jì)，以更少的成本、更快的速度，推動(dòng)創(chuàng)新技術(shù)支撐智慧城市頂層設(shè)計(jì)落

47、地。推動(dòng)以人為核心的城市設(shè)計(jì)：實(shí)現(xiàn)智慧城市建設(shè)協(xié)同創(chuàng)新。數(shù)字孿生城市關(guān)注城鄉(xiāng)居民出行軌跡、收入水準(zhǔn)、家庭結(jié)構(gòu)、日常消費(fèi)等，對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，并納入模型，實(shí)現(xiàn)協(xié)同計(jì)算。同時(shí)，通過(guò)在信息空間上預(yù)測(cè)人口結(jié)構(gòu)和遷徙軌跡、推演未來(lái)的設(shè)施布局、評(píng)估商業(yè)項(xiàng)目影響等。優(yōu)化智慧城市建設(shè)并評(píng)估其成效，輔助政府在信息化、智慧化建設(shè)中的科學(xué)決策，避免走彎路或重復(fù)、低效建設(shè)。節(jié)省市民出行時(shí)間總成本：第一時(shí)間感知路況、事故報(bào)警、擁堵分流。為市民消除設(shè)備安全隱患，通過(guò)全城治安事件實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)為市民帶來(lái)關(guān)懷與安全感。營(yíng)造更加文明的社會(huì)風(fēng)氣：對(duì)于踐踏草坪、非機(jī)動(dòng)車占用機(jī)動(dòng)車道、非機(jī)動(dòng)車逆行等行為，在線推送到城市監(jiān)督部門曝光，

48、有效地起到警示作用，提升全民文明風(fēng)氣。當(dāng)前智慧城市應(yīng)用需求主要包括以下幾個(gè)部分：智慧城市規(guī)劃在新區(qū)總體規(guī)劃與詳細(xì)規(guī)劃公布以及城市方案設(shè)計(jì)階段，需要將未來(lái)城市規(guī)劃面貌按照 1：1 復(fù)原真實(shí)城市空間，不同于以往傳統(tǒng)的規(guī)劃圖紙與效果圖，以最直觀的方式呈現(xiàn)在城市管理者，城市設(shè)計(jì)者與大眾面前。在細(xì)度上將數(shù)據(jù)顆粒度細(xì)化到建筑內(nèi)部的一根水管、一根電線、一個(gè)機(jī)電配件，以及建筑外部的一草一木，在廣度上覆蓋了地上的地塊、河流、道路、建筑，地下的管網(wǎng)、隧道和地鐵線路，為城市建設(shè)實(shí)現(xiàn)可視化賦能，全面查看展望對(duì)城市未來(lái)藍(lán)圖，推演城市規(guī)劃。協(xié)助城市管理者更直觀與全面地對(duì)比城市設(shè)計(jì)方案，更好地做出城市規(guī)劃決策。服務(wù)于城市規(guī)

49、劃、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)全生命周期，為城市綜合指揮中心各部門提供一張?jiān)诰€的藍(lán)圖，為后續(xù)城市建設(shè)提供支持。數(shù)據(jù)面板需融合城市數(shù)據(jù)概況，人口密度，新城人口規(guī)劃、建設(shè)用地規(guī)劃、主城區(qū)規(guī)劃等規(guī)劃類相關(guān)數(shù)據(jù)，直觀展示城市現(xiàn)狀與未來(lái)規(guī)劃指標(biāo)。智慧城市設(shè)計(jì)施工在城市設(shè)計(jì)與施工階段，需要通過(guò)三維數(shù)字仿真平臺(tái)與工地基建仿真還原，在實(shí)現(xiàn)工程施工可視化智能管理的前提下，提高工程管理信息化水平。數(shù)據(jù)面板需展示環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，項(xiàng)目工程信息，節(jié)點(diǎn)計(jì)劃，現(xiàn)場(chǎng)管理人員名單與類型統(tǒng)計(jì)。做到項(xiàng)目管理、人員管理、安全管理一張圖，保證施工人員安全實(shí)現(xiàn)人員高效管理調(diào)度，維護(hù)施工環(huán)境的綠色安全。智慧城市管理運(yùn)營(yíng)城市治理是推薦國(guó)家治理體系和治理能

50、力現(xiàn)代化的總要內(nèi)容，數(shù)字孿生仿真是實(shí)現(xiàn)“以數(shù)據(jù)智能支撐賦能行業(yè)，實(shí)現(xiàn)城市公共資源的優(yōu)化配置和智能調(diào)度”的關(guān)鍵，是城市實(shí)現(xiàn)可調(diào)度、可運(yùn)營(yíng)、可評(píng)價(jià)的核心所在。借助數(shù)字孿生技術(shù)，構(gòu)建數(shù)字孿生城市運(yùn)行場(chǎng)景，將極大改造城市面貌，重塑城市基礎(chǔ)設(shè)施，實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)態(tài)優(yōu)化配置全市公共資源影響評(píng)估，并建設(shè)數(shù)字駕駛艙以數(shù)字化方式展現(xiàn)現(xiàn)在城市運(yùn)營(yíng)態(tài)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)城市管理決策協(xié)同化和智能化“態(tài)勢(shì)有洞察”、“決策有支撐”、“處置有閉環(huán)”，確保城市安全、有序運(yùn)行。優(yōu)化城市設(shè)計(jì)布局，打造科學(xué)公共服務(wù)體系公共服務(wù)，是 21 世紀(jì)公共行政和政府改革的核心理念，包括加強(qiáng)城鄉(xiāng)公共設(shè)施建設(shè)，發(fā)展教育、科技、文化、體育、政務(wù)、交通、司法等公共事業(yè)

51、，為社會(huì)公眾參與社會(huì)經(jīng)濟(jì)、政治、文化活動(dòng)等提供保障。城市是一個(gè)開放龐大的復(fù)雜系統(tǒng)，具有人口密度大、基礎(chǔ)設(shè)施密集、子系統(tǒng)耦合等特點(diǎn)。如何實(shí)現(xiàn)對(duì)城市各類數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)監(jiān)控，圍繞城鄉(xiāng)公共設(shè)施建設(shè)，發(fā)展科技、文化、政務(wù)、交通、司法等等多方面對(duì)城市進(jìn)行高效管理，是現(xiàn)代城市建設(shè)的核心。虛擬交互建設(shè)及民眾的各類活動(dòng)，不但存在于物理空間中，而且在虛擬空間中得到了極大地?cái)U(kuò)充。虛擬交互、協(xié)同與融合將定義城市未來(lái)發(fā)展新模式。智能服務(wù)通過(guò)數(shù)字孿生對(duì)城市進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，指引和優(yōu)化物理城市的科技、文化、體育、生態(tài)環(huán)境治理、交通管控，改善市民服務(wù)，賦予城市生活 “智慧”?；卺t(yī)療大數(shù)據(jù)合理分配醫(yī)療資源，提升公共健康保障效率智

52、慧醫(yī)療保健是數(shù)字孿生智能化應(yīng)用的重要組成部分。通過(guò)移動(dòng)監(jiān)測(cè)、移動(dòng)診室、無(wú)線遠(yuǎn)程會(huì)診、智慧處方、醫(yī)療信息云存儲(chǔ)等智能技術(shù)手段，可提升城市診療覆蓋面與效率，促進(jìn)城市醫(yī)療資源的合理化分配。進(jìn)一步利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建“電子醫(yī)療”服務(wù)體系，實(shí)現(xiàn)醫(yī)療監(jiān)護(hù)設(shè)備的小型化、無(wú)線化、發(fā)展智慧家庭健康保健、智能健康監(jiān)護(hù)，可大幅降低城市公眾醫(yī)療負(fù)擔(dān)，緩解城市醫(yī)療資源緊缺的壓力。具體應(yīng)用需求如下：基于患者的健康檔案、就醫(yī)史、用藥史、智能可穿戴設(shè)備監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等信息可在云端為患者建立“醫(yī)療數(shù)字孿生”，并在生物芯片、增強(qiáng)分析、邊緣計(jì)算、人工智能等技術(shù)的支撐下模擬人體運(yùn)作，實(shí)現(xiàn)對(duì)醫(yī)療個(gè)體健康狀況預(yù)測(cè)分析和精準(zhǔn)醫(yī)療診斷。如基于醫(yī)療數(shù)

53、字孿生應(yīng)用，可遠(yuǎn)程和實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)心血管病人的健康狀態(tài)；當(dāng)智能穿戴設(shè)備傳感器節(jié)點(diǎn)測(cè)量到任何異常信息時(shí)，救援機(jī)構(gòu)可立即開展急救。同樣通過(guò)醫(yī)療數(shù)字孿生還可通過(guò)在患者體內(nèi)植入生物醫(yī)學(xué)傳感器來(lái)全天監(jiān)控其血糖水平，以提供有關(guān)食物和運(yùn)動(dòng)的建議等。精準(zhǔn)醫(yī)療精準(zhǔn)醫(yī)療是未來(lái)的診療模式?；卺t(yī)療數(shù)字孿生，醫(yī)生可通過(guò)對(duì)患者健康大數(shù)據(jù)（基因、生活習(xí)慣、家族病史和病例）的搜集和分析，進(jìn)而提出個(gè)性化、針對(duì)性的治療方式和藥物，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)診斷與治療。這種模式不僅用于患者的疾病治療，更側(cè)重于對(duì)人們疾病的預(yù)防。最大的可能是醫(yī)生根據(jù)患者的基因、生活習(xí)慣等因素制定獨(dú)特的藥物和方案。個(gè)性化藥物使醫(yī)療效率得到優(yōu)化，藥物副作用降低，住院率下降，

54、最終會(huì)體現(xiàn)在患者整體醫(yī)療成本的下降，也緩解了醫(yī)療資源的不足問(wèn)題。健康監(jiān)測(cè)與管理在個(gè)人的健康監(jiān)測(cè)與管理方面，通過(guò)數(shù)字孿生可以更清楚地了解我們身體的變化，對(duì)疾病做出及時(shí)預(yù)警。未來(lái)通過(guò)各種新型醫(yī)療檢測(cè)和掃描儀器以及可穿戴設(shè)備，我們可以完美地復(fù)制出一個(gè)數(shù)字化身體，并可以追蹤這個(gè)數(shù)字化身體每一部分的運(yùn)動(dòng)與變化，從而更好地進(jìn)行健康監(jiān)測(cè)和管理。但同時(shí)，時(shí)刻監(jiān)測(cè)反饋所帶來(lái)的心理暗示是否會(huì)影響人類健康又會(huì)成為課題。遠(yuǎn)程醫(yī)療通過(guò) 5G 等傳輸技術(shù)，遠(yuǎn)程醫(yī)療也將能夠更為普及。目前全國(guó)首例基于 5G 的遠(yuǎn)程人體手術(shù)帕金森病“腦起搏器”植入手術(shù)成功完成，這對(duì)實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)醫(yī)療資源下沉、實(shí)現(xiàn)自動(dòng)診療有著重要意義。對(duì)于城市管理而

55、言，掌握了城市居民群體的醫(yī)療數(shù)字孿生，有助于合理規(guī)劃和分配醫(yī)療資源，以及輔助社保、扶貧等政策制定。（二）數(shù)字孿生產(chǎn)業(yè)圖譜支撐技術(shù)行業(yè)應(yīng)用層安全其他服務(wù)AI引擎共性應(yīng)用層邊緣計(jì)算數(shù)據(jù)互動(dòng)層仿真分析層信息增強(qiáng)工業(yè)仿真 云計(jì)算信息傳輸與同步城市仿真模型構(gòu)建層 工業(yè)信息采集測(cè)繪5G基礎(chǔ)支撐層 .圖 7 數(shù)字孿生產(chǎn)業(yè)圖譜數(shù)字孿生可劃分為“基礎(chǔ)支撐”、“數(shù)據(jù)互動(dòng)”、“模型構(gòu)建”、“仿真分析”、“共性應(yīng)用”、“行業(yè)應(yīng)用”6 大核心模塊，對(duì)應(yīng)從設(shè)備、數(shù)據(jù)到行業(yè)應(yīng)用的全生命周期。國(guó)內(nèi)外主要廠商主要有建模業(yè)務(wù)、仿真業(yè)務(wù)、平臺(tái)業(yè)務(wù)、行業(yè)服務(wù)業(yè)務(wù)四大類?；A(chǔ)支撐層基礎(chǔ)支撐層是物聯(lián)網(wǎng)的終端，主要是一些芯片、傳感器等設(shè)備

56、，用于數(shù)據(jù)的采集以及向網(wǎng)絡(luò)端發(fā)送。芯片是物聯(lián)網(wǎng)終端的核心元器件之一，據(jù)市場(chǎng)調(diào)研公司 ABI Research預(yù)計(jì)，在 2020 年通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行無(wú)線連網(wǎng)的設(shè)備總數(shù)將達(dá)到 300 億臺(tái)。不少芯片巨頭將物聯(lián)網(wǎng)芯片作為下一個(gè)博弈的領(lǐng)域，目前，主要的國(guó)外物聯(lián)網(wǎng)芯片提供商包括高通、英特爾、ARM、AMD、三星、英偉達(dá)等。谷歌、華為與阿里等科技巨頭也進(jìn)入該領(lǐng)域，如谷歌深度學(xué)習(xí)芯片 TPU、華為海思和阿里主攻芯片的平頭哥。傳感器是物聯(lián)網(wǎng)終端市場(chǎng)的重要組成部分。目前主要由美國(guó)、日本、德國(guó)等少數(shù)幾家公司主導(dǎo)，如博世、意法半導(dǎo)體、德州儀器、霍尼韋爾、飛思卡爾、英飛凌、飛利浦等。國(guó)內(nèi)代表性的企業(yè)有漢威電子、華工科技

57、等，但市場(chǎng)份額相對(duì)較小。邊緣計(jì)算讓數(shù)據(jù)處理更靠近數(shù)據(jù)源頭一側(cè)，實(shí)現(xiàn)在邊緣側(cè)的數(shù)據(jù)采集、清理、加工、集合，從而大大縮短延遲時(shí)間，減少網(wǎng)絡(luò)傳輸量，是物聯(lián)網(wǎng)硬件的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。典型企業(yè)如英特爾、ARM、戴爾，國(guó)內(nèi)的華為、研華科技等硬件企業(yè)都開始進(jìn)軍邊緣計(jì)算市場(chǎng)。監(jiān)控設(shè)備能夠采集圖像信息，結(jié)合強(qiáng)大的邊緣設(shè)備分析能力，在人臉識(shí)別、交通監(jiān)控等方面有廣泛的應(yīng)用，是智能城市的重要環(huán)節(jié)。典型企業(yè)有?？低?、大華等。表 1 典型基礎(chǔ)支撐設(shè)備廠商類型廠商通信芯片廣域：高通、ASR、海思、中星微、紫光展銳等局域：新岸線、芯科科技等芯片AI 芯片英特爾、地平線、寒武紀(jì)、平頭哥、英偉達(dá)、AMD、XILINX 等控制芯片T

58、EXAS、復(fù)旦微電子集團(tuán)、英飛凌等傳感器博世、霍尼韋爾、漢威科技、士蘭微電子、歐姆龍、昆侖海岸、中星測(cè)控等邊緣計(jì)算英特爾、戴爾、ARM、華為、HBC、愛(ài)立信、思科、研華科技、施耐德、特斯聯(lián)等監(jiān)控海康威視、大華等數(shù)據(jù)互動(dòng)層數(shù)字孿生的構(gòu)建和應(yīng)用需要軟件定義的工具和平臺(tái)提供支持，如 Bentley 的 iTwin Service，ANSYS 的 TwinBuilder，微軟的 Azure，達(dá)索的 3D Experience 等。但從功能性的角度出發(fā)，這些工具和平臺(tái)大多側(cè)重某一或某些特定維度，當(dāng)前還缺乏考慮數(shù)字孿生綜合功能需求的一體化綜合平臺(tái)。經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，工業(yè)/ 工程/ 城市場(chǎng)景的不同工具的邊界逐漸

59、消失。國(guó)際上 Autodesk 與 ESRI 建立戰(zhàn)略合作關(guān)系，企圖把 BIM 和 GIS 數(shù)據(jù)融合起來(lái)；與此同時(shí)，Bentley Systems 跟西門子、Cesium 和 AGI 等公司力推開源數(shù)字孿生聯(lián)盟，圍繞 iModel.js，形成了數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的開源體系。國(guó)內(nèi)以傳統(tǒng) GIS 平臺(tái)軟件和基于開源渲染引擎二次開發(fā)的產(chǎn)品開始向數(shù)字孿生平臺(tái)轉(zhuǎn)型，其中以泰瑞的 SmartTwins 數(shù)字孿生底座平臺(tái)為代表。國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的研發(fā)和銷售市場(chǎng)規(guī)模達(dá)數(shù)十億人民幣，國(guó)內(nèi)外有數(shù)十家企業(yè)相互競(jìng)爭(zhēng)。技術(shù)層面，Esri 和超圖的二維 GIS 軟件技術(shù)成熟、研發(fā)實(shí)力較強(qiáng)； Skyline 和泰瑞在三維 GIS 研發(fā)上經(jīng)驗(yàn)

60、豐富，一直處于行業(yè)領(lǐng)先位置。從市場(chǎng)需求來(lái)看，傳統(tǒng) GIS 軟件發(fā)展多年，需求已趨飽和。但是，隨著傾斜攝影技術(shù)的廣泛應(yīng)用和智慧城市的迫切需求，功能涵蓋了三維 GIS 軟件的數(shù)字孿生平臺(tái)需求量呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。這個(gè)領(lǐng)域中，主要包括的國(guó)際巨頭有 Esri 和 Skyline，國(guó)內(nèi)的 GIS 優(yōu)秀研發(fā)企業(yè)有 SuperMap（超圖）、 SmartEarth（泰瑞）。其他的國(guó)外主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手包括谷歌公司、美國(guó)數(shù)字地球公司、美國(guó)環(huán)境系統(tǒng)研究所公司、法國(guó)信息地球公司等。仿真分析層仿真業(yè)務(wù)是指為數(shù)字化模型中融入物理規(guī)律和機(jī)理。不僅建立物理對(duì)象的數(shù)字化模型，還要根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)，通過(guò)物理學(xué)規(guī)律和機(jī)理來(lái)計(jì)算、分析和預(yù)測(cè)物理