數(shù)字孿生的概念及應(yīng)用

1、 數(shù)字孿生的概念及應(yīng)用 導(dǎo)語：數(shù)字化轉(zhuǎn)型是我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)未來發(fā)展的必由之路，世界經(jīng)濟(jì)數(shù)字化轉(zhuǎn)型是大勢(shì)所趨。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)社會(huì)發(fā)展變革的強(qiáng)大動(dòng)力。未來，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)過程，并通過數(shù)字化的手段連接企業(yè)的內(nèi)部和外部環(huán)境。一、數(shù)字孿生概述1.1 數(shù)字孿生的定義數(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)體或流程過程的整

2、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)體全生命周期過程的技術(shù)手段 。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) 。1.2 數(shù)字孿生的典型特征從數(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)：（1）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

3、立“表達(dá)”的等同性。（2）可擴(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。（3）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。（4）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)。

4、（5）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 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。1.3 相關(guān)概念1. 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

5、、智慧城市在內(nèi)的多方面應(yīng)用。2. 數(shù)字孿生生命周期過程數(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)體的生命周期過程中，存在迭代的過程。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)。3. 數(shù)字孿生功能視角從數(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)

6、現(xiàn)。物理世界中產(chǎn)品、服務(wù)或過程數(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)和過程應(yīng)用進(jìn)行交互。向過程應(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。二、數(shù)字孿生應(yīng)用發(fā)展綜述（一）應(yīng)用需求方向1. 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)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。2. 貫通工業(yè)生產(chǎn)信息孤島，釋放數(shù)據(jù)價(jià)值數(shù)字孿

7、生為工業(yè)產(chǎn)生的物理對(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)用于以下的常見工業(yè)領(lǐng)域：工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)。3. 統(tǒng)籌協(xié)調(diào)系統(tǒng)內(nèi)外部變化，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)。4. 實(shí)現(xiàn)全要素?cái)?shù)字化，推動(dòng)新型智

8、慧城市建設(shè)數(shù)字孿生城市通過對(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)

9、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)。5.優(yōu)化城市設(shè)計(jì)布局，打造科學(xué)公共服務(wù)體系如何實(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。6. 基于醫(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。通過移動(dòng)監(jiān)測(cè)、移動(dòng)診室、無線遠(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、無線化、發(fā)

10、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。（二）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。（三）應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀隨著物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用更加廣泛，各個(gè)領(lǐng)域越來越多的企業(yè)開始計(jì)劃數(shù)字孿生的部署。Gartner 的研究顯示，截至 2019 年 1 月底實(shí)施物聯(lián)網(wǎng)的企業(yè)中，已有 13% 的企業(yè)實(shí)施了數(shù)字孿生項(xiàng)目，62% 的企業(yè)正在實(shí)施或者有計(jì)劃實(shí)施。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是數(shù)字孿生

11、的延伸和應(yīng)用，而數(shù)字孿生則拓展了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層面的可能性。1. 產(chǎn)業(yè)生態(tài)與美國(guó)、德國(guó)相比，數(shù)字孿生在中國(guó)的研究和受關(guān)注相對(duì)較晚。從2016 年開始，數(shù)字孿生文獻(xiàn)發(fā)表數(shù)量進(jìn)入快速增長(zhǎng)期，直到 2019 年，數(shù)字孿生論文發(fā)表數(shù)量超過 600 篇，其中 2019 年占了近 10 年發(fā)文總數(shù)量的50% 以上。目前關(guān)注數(shù)字研究，并發(fā)表過相關(guān)報(bào)告的機(jī)構(gòu) / 作者主要來自學(xué)術(shù)界、企業(yè)界以及政府機(jī)構(gòu)。2. 智能制造領(lǐng)域數(shù)字孿生應(yīng)用智能制造領(lǐng)域的數(shù)字孿生體系框架主要分為六個(gè)層級(jí)，包括基礎(chǔ)支撐層、數(shù)據(jù)互動(dòng)層、模型構(gòu)建層、仿真分析層，功能層和應(yīng)用層。典型應(yīng)用場(chǎng)景介紹：數(shù)字孿生在智能制造領(lǐng)域的主要應(yīng)用場(chǎng)景有產(chǎn)品研發(fā)

12、、設(shè)備維護(hù)與故障預(yù)測(cè)以及工藝規(guī)劃。3. 智慧健康領(lǐng)域數(shù)字孿生應(yīng)用將數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用在智慧健康中，構(gòu)建其應(yīng)用框架如圖 14 所示。該應(yīng)用框架主要包含基礎(chǔ)支撐層、數(shù)據(jù)互動(dòng)層、模型構(gòu)建層和功能層。4. 智慧城市領(lǐng)域數(shù)字孿生應(yīng)用數(shù)字孿生城市則是數(shù)字孿生技術(shù)在城市層面的廣泛應(yīng)用，通過構(gòu)建城市物理世界及網(wǎng)絡(luò)虛擬空間一一對(duì)應(yīng)、相互映射、協(xié)同交互的復(fù)雜系統(tǒng)，在網(wǎng)絡(luò)空間再造一個(gè)與之匹配、對(duì)應(yīng)的孿生城市，實(shí)現(xiàn)城市全要素?cái)?shù)字化和虛擬化、城市狀態(tài)實(shí)時(shí)化和可視化、城市管理決策協(xié)同化和智能化，形成物理維度上的實(shí)體世界和信息維度上的虛擬世界同生共存、虛實(shí)交融的城市發(fā)展新格局。數(shù)字孿生城市既可以理解為實(shí)體城市在虛擬空間的映射

13、狀態(tài)，也可以視為支撐新型智慧城市建設(shè)的復(fù)雜綜合技術(shù)體系，它支撐并推進(jìn)城市規(guī)劃、建設(shè)、管理，確保城市安全、有序運(yùn)行。數(shù)字孿生城市主要有新型基礎(chǔ)設(shè)施、智能運(yùn)行中樞、智慧應(yīng)用體系三大橫向的分層：5. 智慧建筑領(lǐng)域數(shù)字孿生應(yīng)用“數(shù)字孿生建筑”是將數(shù)字孿生使能技術(shù)應(yīng)用于建筑科技的新技術(shù)，簡(jiǎn)單說就是利用物理建筑模型，使用各種傳感器全方位獲取數(shù)據(jù)的仿真過程，在虛擬空間中完成映射，以反映相對(duì)應(yīng)的實(shí)體建筑的全生命周期過程。數(shù)字孿生建筑具有四大特點(diǎn)：精準(zhǔn)映射、虛實(shí)交互、軟件定義、智能干預(yù)。數(shù)字孿生建筑的核心環(huán)節(jié)在于 BIM 的應(yīng)用。建筑信息模型（BIM）是一種應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)、建造、管理的數(shù)據(jù)化工具和一種信息建模技

14、術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)的三維可視化，BIM 技術(shù)疊加時(shí)間軸形成 4D 模型，進(jìn)一步疊加成本信息可構(gòu)筑 5D 模型，對(duì)建筑進(jìn)行多維度考量，可貫穿建筑全生命周期中規(guī)劃、概念設(shè)計(jì)、細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)、分析、出圖、預(yù)制、施工、運(yùn)營(yíng)維護(hù)、拆除或翻新等所有環(huán)節(jié)。具體到 BIM 軟件的核心領(lǐng)域，目前國(guó)內(nèi)廠商占建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)，建筑信息化模型軟件市場(chǎng)仍以國(guó)外廠商為主導(dǎo)。典型應(yīng)用場(chǎng)景介紹（四）數(shù)字孿生技術(shù)體系數(shù)字孿生以數(shù)字化方式拷貝一個(gè)物理對(duì)象，模擬對(duì)象在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的行為，對(duì)產(chǎn)品、制造過程乃至整個(gè)工廠進(jìn)行虛擬仿真，目的是了解資產(chǎn)的狀態(tài)，響應(yīng)變化，改善業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)和增加價(jià)值。在萬物互聯(lián)時(shí)代此種軟件設(shè)計(jì)模式的重要性尤為突出

15、，為了達(dá)到物理實(shí)體與數(shù)字實(shí)體之間的互動(dòng)，需要經(jīng)歷諸多的過程也需要很多基礎(chǔ)的支撐技術(shù)做為依托，更需要經(jīng)歷很多階段的演進(jìn)才能很好的實(shí)現(xiàn)物理實(shí)體在數(shù)字世界中的塑造。首先我們需要構(gòu)建物理實(shí)體在數(shù)字世界中對(duì)應(yīng)的實(shí)體模型，就需要利用知識(shí)機(jī)理、數(shù)字化等技術(shù)構(gòu)建一個(gè)數(shù)字模型，而且我們對(duì)構(gòu)建的數(shù)字模型需要結(jié)合行業(yè)特性做出評(píng)分，是否可以在商業(yè)中投入使用；有了模型還需要利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將真實(shí)世界中的物理實(shí)體元信息采集、傳輸、同步、增強(qiáng)之后得到我們業(yè)務(wù)中可以使用的通用數(shù)據(jù)；通過這些數(shù)據(jù)可以仿真分析得到數(shù)字世界中的虛擬模型，在此基礎(chǔ)之上我們可以利用 AR/VR/MR/GIS 等技術(shù)在數(shù)字世界完整復(fù)現(xiàn)出來，人們才能更友好的

16、與物理實(shí)體交互；在這個(gè)基礎(chǔ)之上我們可以結(jié)合人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)做數(shù)字孿生的描述、診斷、預(yù)警 / 預(yù)測(cè)及智能決策等共性應(yīng)用賦能給各垂直行業(yè)。（五）推動(dòng)條件1. 基礎(chǔ)設(shè)施政策落實(shí)2018 年至今，黨中央和國(guó)務(wù)院多次召開會(huì)議明確表示加強(qiáng)新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，重視程度不斷強(qiáng)化，相關(guān)政策路線圖日趨清晰。自中央首次提出“新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)”以來，各級(jí)政府對(duì)此給予了高度重視。2020 開年，中央政府大力號(hào)召部署新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，各省為了更好地響應(yīng)中央政策，都在加緊落實(shí)部署，部分地區(qū)還專門出臺(tái)了分領(lǐng)域相關(guān)行動(dòng)方案和計(jì)劃。而新型人工智能城市的建設(shè)作為“新基建”中 5G、人工智能、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)中心等新型

17、數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要載體，在接下來的推動(dòng)和政策扶持等方面也將得到更多的政策關(guān)注。2. 計(jì)算設(shè)備 / 硬件發(fā)展數(shù)字孿生是一種新興的技術(shù)，它對(duì)計(jì)算設(shè)備 / 硬件提出了較高要求，這是因?yàn)椋海?）數(shù)字孿生涉及的模型與數(shù)據(jù)規(guī)模龐大，包括建模對(duì)象全生命周期中不斷更新的全要素、全業(yè)務(wù)、全流程的數(shù)據(jù)與模型，這需要計(jì)算設(shè)備 / 硬件具有龐大的存儲(chǔ)空間；（2）數(shù)字孿生對(duì)模型仿真與數(shù)據(jù)分析處理效率有實(shí)時(shí)要求，即基于實(shí)時(shí)的模型仿真與數(shù)據(jù)分析結(jié)果向物理空間反饋控制策略，這需要計(jì)算設(shè)備 / 硬件具有強(qiáng)大的計(jì)算能力；（3）為了支持進(jìn)一步的虛實(shí)融合，數(shù)字孿生對(duì)終端設(shè)備（如支持 3D 顯示的終端設(shè)備）提出更互動(dòng)、更沉浸、更清

18、晰的要求，這對(duì)硬件設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸能力、顯示技術(shù)等提出了更高的要求。3. 可用數(shù)據(jù)規(guī)模提升數(shù)字孿生的構(gòu)建需大量數(shù)據(jù)的支持。一方面，在數(shù)字空間構(gòu)建多維、多尺度的虛擬模型需大量數(shù)據(jù)，如建模對(duì)象的屬性數(shù)據(jù)、狀態(tài)數(shù)據(jù)、行為數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)等；另一方面，已完成構(gòu)建的虛擬模型仍需基于物理空間連續(xù)不斷的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)更新。當(dāng)前，隨著物聯(lián)網(wǎng)、傳感技術(shù)的發(fā)展，可用數(shù)據(jù)的規(guī)模在不斷提升，這是實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生應(yīng)用的推動(dòng)條件。4. 模型和算法演進(jìn)國(guó)內(nèi)外一大批專注于工業(yè)生產(chǎn)線底層數(shù)據(jù)采集的技術(shù)公司在前一輪工廠自動(dòng)化、數(shù)字化建設(shè)中成長(zhǎng)起來，以西門子、Honeywell、菲尼克斯電氣公司為首的自動(dòng)化企業(yè)紛紛推出自己的數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

19、、智能網(wǎng)關(guān)等數(shù)據(jù)采集相關(guān)產(chǎn)品。另一方面，輕量化模型構(gòu)造工具軟件產(chǎn)品的普及，以 Unity 軟件為代表的可視化引擎工具使用成本降低，極大的支撐了數(shù)字孿生核心技術(shù)的發(fā)展。國(guó)內(nèi)，數(shù)字孿生行業(yè)的火爆催生了一大批原本致力于工廠數(shù)字化、物聯(lián)網(wǎng)、虛擬仿真技術(shù)的中小企業(yè)投入到數(shù)字孿生核心技術(shù)的開發(fā)中。5. 專業(yè)人才培養(yǎng)數(shù)字孿生的應(yīng)用需多領(lǐng)域?qū)W科人才的參與，如建模仿真領(lǐng)域人才、數(shù)據(jù)挖掘領(lǐng)域人才、感知接入領(lǐng)域人才等。在社會(huì)培訓(xùn)機(jī)構(gòu)中，相關(guān)專業(yè)人才的培養(yǎng)也受到了越來越多的重視。代表性的如新華三大學(xué)，它正式宣布，將進(jìn)一步深化校企合作，實(shí)踐產(chǎn)教融合，提出“新職素，新技能”的“雙新”概念，并通過“數(shù)字工匠”、“協(xié)同育人”

20、兩大校企合作項(xiàng)目來實(shí)踐數(shù)字化人才培養(yǎng)、以“H3C 新技術(shù)認(rèn)證體系”來檢驗(yàn)數(shù)字化人才培養(yǎng)，無縫對(duì)接院校人才培養(yǎng)與企業(yè)人才需求，從質(zhì)與量的維度更好地滿足數(shù)字經(jīng)濟(jì)進(jìn)入全新發(fā)展階段后對(duì)數(shù)字化人才的需求。四、數(shù)字孿生標(biāo)準(zhǔn)化當(dāng)前工作、現(xiàn)狀及需求（一）標(biāo)準(zhǔn)化工作概述當(dāng)前，制造和智慧城市領(lǐng)域是數(shù)字孿生標(biāo)準(zhǔn)工作的切入點(diǎn)，其他領(lǐng)域相對(duì)缺乏標(biāo)準(zhǔn)化的研究工作；數(shù)字孿生整體的標(biāo)準(zhǔn)化工作也處于初級(jí)階段，標(biāo)準(zhǔn)研究?jī)?nèi)容有待豐富。（二）智能制造領(lǐng)域數(shù)字孿生標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)狀及需求1.智能裝配標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)狀及需求目前智能化裝配方法已經(jīng)得到的深入的研究，眾多高校和企業(yè)采用產(chǎn)學(xué)研的方法進(jìn)行探索應(yīng)用是。數(shù)字孿生裝配標(biāo)準(zhǔn)缺失，產(chǎn)品質(zhì)量規(guī)范化和一致性

21、難以保證，需要統(tǒng)一數(shù)字孿生裝配基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)、建設(shè)指南和管理規(guī)范。主要包括：a）統(tǒng)一數(shù)字孿生裝配的基本術(shù)語、分類與編碼等。b）基于裝配車間不同類型的裝配設(shè)備、智能化設(shè)備需求，提出對(duì)住車間設(shè)備和傳感器接口等技術(shù)要求。針對(duì)不同的裝配對(duì)象需求，需要建立分級(jí)、分類的數(shù)字孿生裝配評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。主要包括：a）開展標(biāo)準(zhǔn)前研究，了解數(shù)字孿生裝配評(píng)價(jià)研究的現(xiàn)狀和技術(shù)難點(diǎn)，初步提出數(shù)字孿生裝配評(píng)價(jià)的關(guān)鍵點(diǎn)。b）根據(jù)需求側(cè)的不同服務(wù)需求，建立數(shù)字孿生裝配評(píng)價(jià)模式的建立和相應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)，涉及零件級(jí)需求的評(píng)價(jià)模式和評(píng)價(jià)指標(biāo)、產(chǎn)品級(jí)的評(píng)價(jià)模式和評(píng)價(jià)指標(biāo)。c）開展標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施的實(shí)證研究，選擇相應(yīng)的數(shù)字孿生裝配，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的可操作性和針對(duì)

22、性進(jìn)行評(píng)價(jià)，驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)的可行性，為標(biāo)準(zhǔn)的完善提供證據(jù)。2. 虛擬工廠標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)狀及需求虛擬工廠針對(duì)新工廠規(guī)劃建設(shè)、工廠運(yùn)行實(shí)時(shí)仿真、輕量化企業(yè)分散產(chǎn)能等需求，基于數(shù)字孿生技術(shù)，實(shí)現(xiàn)模擬對(duì)象在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的行為，對(duì)產(chǎn)品、制造過程乃至整個(gè)工廠進(jìn)行準(zhǔn)確、完整、實(shí)時(shí)虛擬仿真的目標(biāo)。虛擬工廠相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)智能制造 虛擬工廠參考架構(gòu)智能制造虛擬工廠信息模型均處于報(bào)批階段。針對(duì)實(shí)體工廠的建設(shè)和應(yīng)用規(guī)劃情況，需以虛擬工廠應(yīng)用場(chǎng)景為出發(fā)點(diǎn)，定義虛擬工廠的應(yīng)用范圍，虛擬工廠中應(yīng)用場(chǎng)景的映射展現(xiàn)方式，并對(duì)相關(guān)的生產(chǎn)資源和要素的定義進(jìn)行規(guī)范，對(duì)虛擬工廠的模型構(gòu)建進(jìn)行技術(shù)約定，為虛擬工廠的實(shí)際應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。3. 汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化

23、現(xiàn)狀及需求當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外眾多研究機(jī)構(gòu)正在積極開展數(shù)字孿生相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)研究和制定。在汽車行業(yè)內(nèi)，當(dāng)前亟需的數(shù)字孿生相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)包括：汽車生產(chǎn)制造的數(shù)字孿生平臺(tái)各系統(tǒng)集成標(biāo)準(zhǔn)及接口協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)、汽車數(shù)字孿生工廠及車間建設(shè)的技術(shù)要求相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、汽車行業(yè)數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用成熟度評(píng)價(jià)要求等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)等。4. 大型起重機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)狀及需求大型起重機(jī)械有其自身一系列圍繞設(shè)計(jì)、使用、監(jiān)管等方面的國(guó)際、國(guó)家、行業(yè)與企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，但對(duì)其數(shù)字化、智能化的應(yīng)用研究乃至形成規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)，仍然存在欠缺。數(shù)字孿生有望推動(dòng)智能制造實(shí)現(xiàn)快速發(fā)展，標(biāo)準(zhǔn)化的系統(tǒng)架構(gòu)將促進(jìn)起重機(jī)械數(shù)字化技術(shù)的市場(chǎng)采用度，并為設(shè)計(jì)方、制造商、集成商、解決方案提供商與用戶等

24、各種利益方帶來好處。5. 物流標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)狀及需求物流行業(yè)在數(shù)字孿生領(lǐng)域還沒有建立統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，各個(gè)企業(yè)之間點(diǎn)的技術(shù)差異性大，數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化也不足，亟需建立相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。目前，隨著中國(guó)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)日益走向規(guī)模化和專業(yè)化的格局，伴隨信息技術(shù)的大量應(yīng)用、電子商務(wù)的興起以及對(duì)成本控制要求的提升，物流行業(yè)也開始進(jìn)入整合階段，從無序走向有序，各種新的業(yè)態(tài)也開始涌現(xiàn)，例如供應(yīng)鏈管理、整車零擔(dān)運(yùn)輸?shù)鹊?，也涌現(xiàn)出很多具有很強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力和成長(zhǎng)能力的公司。隨著物流行業(yè)的進(jìn)一步整合和中心化建設(shè)，亟需建立相關(guān)的數(shù)字孿生標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)信息和數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通，形成一個(gè)多層次多中心的智慧物流體系，建立一個(gè)多智能體協(xié)同的柔性智慧物流體系。（三）智慧城市領(lǐng)域數(shù)字孿生標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)狀及需求建立科學(xué)合理的智慧城市標(biāo)準(zhǔn)體系，是開展智慧城市標(biāo)準(zhǔn)化頂層設(shè)計(jì)和總體布局、判斷和明確智慧城市標(biāo)準(zhǔn)化方向和重點(diǎn)的需要。目前，雖然全國(guó)兩百多個(gè)城市都提出了各自