數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用白皮書（2021）

來(lái)源：中國(guó)移動(dòng)通信有限公司研究院時(shí)間：2021-12-08 14:37:39 作者：

　　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(guò)在數(shù)字空間實(shí)時(shí)構(gòu)建物理對(duì)象的精準(zhǔn)數(shù)字化映射，基于數(shù)據(jù)整合與分析預(yù)測(cè)來(lái)模擬、驗(yàn)證、預(yù)測(cè)、控制物理實(shí)體全生命周期過(guò)程，最終形成智能決策的優(yōu)化閉環(huán)。其中，面向的物理對(duì)象包括實(shí)物、行為、過(guò)程，構(gòu)建孿生體涉及到的數(shù)據(jù)包括實(shí)時(shí)傳感數(shù)據(jù)和運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)，集成的模型涵蓋物理模型、機(jī)理模型和流程模型等。

　　隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的持續(xù)推進(jìn)，數(shù)字孿生逐漸成為產(chǎn)業(yè)各界關(guān)注的熱點(diǎn)技術(shù)。數(shù)字孿生起源航天軍工領(lǐng)域，近年來(lái)持續(xù)向智能制造、智慧城市等垂直行業(yè)拓展，實(shí)現(xiàn)機(jī)理描述、異常診斷、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)、決策輔助等應(yīng)用價(jià)值，已成為助力企業(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。

　　《數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用白皮書（2021）》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(chǎng)景，旨在為產(chǎn)業(yè)界在規(guī)劃實(shí)施數(shù)字孿生相關(guān)應(yīng)用時(shí)提供參考借鑒，助力數(shù)字孿生技術(shù)演進(jìn)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

　　白皮書指出，從政策層面來(lái)看，數(shù)字孿生成為各國(guó)推進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)數(shù)字化進(jìn)程的重要抓手；從行業(yè)應(yīng)用層面來(lái)看，數(shù)字孿生成為垂直行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要使能技術(shù)；從企業(yè)主體層面來(lái)看，數(shù)字孿生被納入眾多科技企業(yè)戰(zhàn)略大方向，成為數(shù)字領(lǐng)域技術(shù)和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)主航道；從標(biāo)準(zhǔn)化層面來(lái)看，數(shù)字孿生標(biāo)準(zhǔn)體系初步建立，關(guān)鍵領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)制修訂進(jìn)入快車道。

　　數(shù)字孿生具有四個(gè)典型的技術(shù)特征：

　　（一）虛實(shí)映射。數(shù)字孿生技術(shù)要求在數(shù)字空間構(gòu)建物理對(duì)象的數(shù)字化表示，現(xiàn)實(shí)世界中的物理對(duì)象和數(shù)字空間中的孿生體能夠?qū)崿F(xiàn)雙向映射、數(shù)據(jù)連接和狀態(tài)交互。

　　（二）實(shí)時(shí)同步。基于實(shí)時(shí)傳感等多元數(shù)據(jù)的獲取，孿生體可全面、精準(zhǔn)、動(dòng)態(tài)反映物理對(duì)象的狀態(tài)變化，包括外觀、性能、位置、異常等。

　　（三）共生演進(jìn)。在理想狀態(tài)下，數(shù)字孿生所實(shí)現(xiàn)的映射和同步狀態(tài)應(yīng)覆蓋孿生對(duì)象從設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)營(yíng)到報(bào)廢的全生命周期，孿生體應(yīng)隨孿生對(duì)象生命周期進(jìn)程而不斷演進(jìn)更新。

　　（四）閉環(huán)優(yōu)化。建立孿生體的最終目的，是通過(guò)描述物理實(shí)體內(nèi)在機(jī)理，分析規(guī)律、洞察趨勢(shì)，基于分析與仿真對(duì)物理世界形成優(yōu)化指令或策略，實(shí)現(xiàn)對(duì)物理實(shí)體決策優(yōu)化功能的閉環(huán)。

　　作為發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟(jì)的重要使能技術(shù)，數(shù)字孿生近年來(lái)備受業(yè)界關(guān)注，技術(shù)體系不斷發(fā)展，核心技術(shù)快速演進(jìn)，產(chǎn)業(yè)生態(tài)持續(xù)完備，行業(yè)應(yīng)用走深向?qū)?，成為促進(jìn)工業(yè)、城市、交通、網(wǎng)絡(luò)等垂直行業(yè)實(shí)現(xiàn)數(shù)智化轉(zhuǎn)型的重要抓手。

　　但同時(shí)也需要注意，數(shù)字孿生作為一項(xiàng)新興技術(shù)理念，尚處于發(fā)展初期，仍存在許多短板問(wèn)題亟待破解。

　　一是實(shí)施成本高企。數(shù)字孿生技術(shù)的實(shí)現(xiàn)涉及到企業(yè)研發(fā)、生產(chǎn)、供應(yīng)鏈、管理等系統(tǒng)的改造，投資大、沉沒(méi)成本高。受限于此，目前數(shù)字孿生往往僅能成為大企業(yè)“錦上添花”的高端技術(shù)應(yīng)用，而難以成為廣大小企業(yè)“雪中送炭”的普適技術(shù)應(yīng)用。

　　二是產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)薄弱。數(shù)字孿生產(chǎn)業(yè)鏈長(zhǎng)、分工細(xì)致、碎片化程度高，跨領(lǐng)域之間的技術(shù)融合性較差、資源整合難，存在IT企業(yè)不懂行業(yè)機(jī)理、OT企業(yè)難以報(bào)團(tuán)的突出痛點(diǎn)，亟需產(chǎn)業(yè)整合者的出現(xiàn)。

　　三是商業(yè)模式不成熟。不同垂直行業(yè)對(duì)數(shù)字孿生的需求差異大，垂直行業(yè)內(nèi)需求“長(zhǎng)尾效應(yīng)”顯著，解決方案的可復(fù)制性不強(qiáng)，導(dǎo)致數(shù)字孿生應(yīng)用多以項(xiàng)目交付型為主，平臺(tái)化、模塊化程度較低，不利于高效推廣。

　　四是技術(shù)短板凸顯。在機(jī)理建模、仿真分析、數(shù)據(jù)集成等方面的技術(shù)短板制約了數(shù)字孿生技術(shù)整體的應(yīng)用深度，同時(shí)部分核心技術(shù)被國(guó)外龍頭企業(yè)壟斷，“安可”有潛在風(fēng)險(xiǎn)。

　　整體上來(lái)看，為進(jìn)一步促進(jìn)數(shù)字孿生技術(shù)融合發(fā)展，形成產(chǎn)業(yè)合力，推廣技術(shù)應(yīng)用，打造賦能千行百業(yè)的通用技術(shù)底座，業(yè)界需要從頂層設(shè)計(jì)、技術(shù)攻關(guān)、生態(tài)構(gòu)建和標(biāo)準(zhǔn)化四個(gè)層面重點(diǎn)突破。

　　一是頂層設(shè)計(jì)層面，在相關(guān)部委指導(dǎo)下聯(lián)合產(chǎn)業(yè)多方智庫(kù)力量盡快研究明確數(shù)字孿生中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃，為技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展指明方向和路徑。同時(shí)建立完備的數(shù)字孿生評(píng)價(jià)體系，從建模精度、數(shù)據(jù)互通性、同步演進(jìn)性、智能化程度、系統(tǒng)間數(shù)據(jù)的共享程度等多種維度構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)，牽引數(shù)字孿生向高階演進(jìn)。

　　二是技術(shù)攻關(guān)層面，聚焦數(shù)字孿生基礎(chǔ)理論及關(guān)鍵核心技術(shù)，鼓勵(lì)產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合研發(fā)，在信息建模、機(jī)理建模、模型同步、模型融合、智能決策、智能感知和信息安全等方面突破一批技術(shù)瓶頸，形成基礎(chǔ)扎實(shí)、穩(wěn)定成熟的技術(shù)體系。

　　三是生態(tài)構(gòu)建層面，數(shù)字孿生產(chǎn)業(yè)鏈長(zhǎng)，技術(shù)體系復(fù)雜，垂直行業(yè)壁壘高筑，需要產(chǎn)業(yè)各方協(xié)同創(chuàng)新、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、形成合力，特別是在基礎(chǔ)設(shè)施共建、跨領(lǐng)域技術(shù)融合、數(shù)據(jù)共享互認(rèn)、能力開放互用等方面形成長(zhǎng)效協(xié)同機(jī)制，依托產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、創(chuàng)新中心等方式加深產(chǎn)業(yè)鏈的交流合作與需求對(duì)接，構(gòu)建優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、協(xié)同共贏的產(chǎn)業(yè)生態(tài)。

　　四是標(biāo)準(zhǔn)化層面，在技術(shù)發(fā)展初期，盡快完善術(shù)語(yǔ)、通用架構(gòu)等基礎(chǔ)共性標(biāo)準(zhǔn)，形成統(tǒng)一的話語(yǔ)體系和規(guī)范性指導(dǎo)框架。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對(duì)信息模型、數(shù)據(jù)集成、平臺(tái)等數(shù)字孿生核心要素和垂直行業(yè)應(yīng)用模式進(jìn)行規(guī)范統(tǒng)一，力求快速形成覆蓋數(shù)字孿生基礎(chǔ)共性、關(guān)鍵技術(shù)和行業(yè)應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)體系。

具體內(nèi)容如下