专家观点●7位院士眼中的工业数字孪生

2021-11-29 15:21

 

　　当前，在制造业数字化、网格化、智能化发展的大趋势下，数字孪生技术逐步从萌芽起步期逐渐走向发展期，正在从数字化产品的角度推动着社会变革。Gartner预计三分之二已经实施物联网的公司，到2022年平均每个公司将至少部署一个数字孪生项目。根据全球第二大市场研究咨询公司Markets　&　Markets2019年发布的报告，数字孪生(Digital　Twin)市场有望在五年内实现稳健增长，从2019年的38亿美元跃升至2025年的358亿美元，复合年增长率为37.8%。数字孪生的技术应用逐步向工业生产的各个领域渗透，众多企业也已在尝试应用Digital　Twin技术不仅可以针对产品建立可以实现虚实融合的数字孪生模型，也可以帮助企业建立工厂的数字孪生模型，从而实现工厂的可视化、透明化，优化设备布局和工厂物流，提高设备绩效。工业数字孪生促进产品全生命周期管理，为远程操控、设备健康监测与管理等方面提供了更多可能。因此，数字孪生技术助于企业数字化转型升级，具有十分广阔的应用前景。

专家观点：
中国工程院院士谭建荣2021年11月21日作了题为《数字车间与数字孪生：关键技术与发展趋势》的主旨演讲。谭建荣认为，眼下各地许多都在搞数字车间，但这种智能化改造不能“包治百病”，需要抓住重点，比如数字车间技术的四大环节：数字设计、数字加工、数字装配和数字服务，关键要结合企业自身的特点，而不能一概而论。谈及当前的热词“数字孪生”，谭建荣认为这是指物理空间中的对象在虚拟空间中的数字模型，该模型通过传感器随时获取真实物体的数据，并随之一起演变、成熟甚至衰老。是建模仿真技术在制造领域的新发展之一。目前，数字孪生技术主要应用于工业领域。在虚拟空间构建产品的数字孪生模型，完成产品设计、工艺优化，甚至模拟工厂布局，实现资源调配、智能化生产，显著提高生产效率。“数字孪生将是数字化转型的重要内容，结合物联网、5G、大数据、云计算、虚拟现实等技术，数字孪生的应用空间正不断扩展，但在运用中要注意高效协同、无缝衔接。“

专家观点：
欧洲科学院院士、挪威皇家科学院院士、挪威工程院院士、IEEE Fellow张彦2021年11月21日上午以《数字孪生赋能安全智能车联网》为题发表主旨演讲。他指出，目前车联网面临海量连接、可信安全交互、超低时延、资源消耗大等新挑战，通过数字孪生技术，基于智能网联汽车建立数字化模型，能对汽车过去、目前的行为或流程进行动态演进和呈现，有利于解决现实车联网中的安全隐患问题。张彦预测，数字孪生跟车联网的融合会带来六大优势。第一，精准的映射与一致的表征，比如说对某辆车鉴定它数字孪生的模型，而这个数字孪生的模型可能用在不同的服务和应用，因此它是一种一致表征的形态。第二，特征的挖掘与态势的预测，对车的行为或者未来行进的状态可以进行预测，由于能预测出事故隐患，安全性就会得到提高。第三，数字物理的双向交互。第四，突破时空的资源限制。第五，车辆的边缘计算、边缘智能的匹配。第六，系统自我更新与持续的演进。同时，数字孪生与车联网融合也面临四大技术挑战，包括效率问题、精准性问题、容错性问题和安全性问题。包括自动驾驶场景在内，使用数字孪生来做场景的安全评估，需要逐步解决几个问题，包括虚拟场景的建设、预期功能分解、未知风险的引入以及预期功能的评估。

专家观点：
中国工程院赵沁平院士2021年9月25日发表主题演讲《虚拟现实技术发展趋势》时指出，数字孪生网将成为“元宇宙”核心基础。随着技术的发展，数字孪生应用将使物联网连接对象扩展为实物及虚拟孪生，将实物对象空间与虚拟对象空间融合，成为虚实混合空间，物联网将发展成新一代数字孪生网，有可能成为第三代互联网应用，乃至成为元宇宙的核心基础。赵沁平院士曾在2020年就曾为“十四五”建言，要积极发展数字孪生网，为各实体行业的VR深度应用提供互联互通支持。

专家观点：
中国工程院院士李培根2021年6月7日发表题为《工业软件支撑数字孪生》的主题演讲时表示，数字孪生的实现关键在于软件，工业软件是智能制造的“核芯”，是不能受制于人的关键核心技术，也是数字孪生应用创新的动力引擎，壮大国产工业软件需要各方协同攻关核心问题和技术难点。当前，按照产业共识，我国正处于工业4.0的起步阶段。李培根指出，工业4.0的核心是CPS（即信息物理系统），其中最能反映CPS核心的就是数字孪生，实现CPS需要5G、物联网、大数据、工业互联网、VR/AR、人工智能等新兴技术支撑，而数字孪生也恰好在5G、人工智能等技术的应用中得以发展。可以说，数字孪生更大程度上是一种技术理念，与CPS理念高度契合。“因此，新一代制造的最大特点是数字孪生。”数字孪生是智能装备的“灵魂”，但我国仍需要形成健全的生态系统，产业链上下游协同合作，才能达到数字孪生与物理实体的‘共生’。

专家观点：
中国工程院院士倪光南2020年4月18日发表了题为《工业互联网的攻坚目标》的主题演讲。演讲中提到工业互联网中的数字孪生技术/平台可以作为工业软件的载体之一。倪光南介绍，经过几十年的发展，美国、德国、法国等制造强国在发展工业互联网的过程中，均有强大的工业软件支持。倪光南认为，目前数字孪生的覆盖范围比以前扩大很多，通过建模和仿真，有效融合了物理空间和虚拟空间。倪光南说，工业互联建立在传统工业和信息通信技术的基础之上，应该实现应用融合与技术创新，从而构建新型产业体系。

专家观点：
加拿大工程院院士、瑞典皇家理工学院教授王立辉在2021年10月29日发表了题为《数字孪生预测性维护监测》的主题演讲，可靠的产品服务依赖于跨空间边界的产品使用信息的及时获取、分发、监测、分析和利用。这些活动可以提高产品使用的准确性和可靠性，并有助于安排日常维护，使产品恢复正常服务状态。作为一种新兴工具，数字孪生(通常与大数据分析相结合)为实现这一目标提供了新的机会。王教授介绍了以数字孪生技术为代表有关技术的现状和最新进展。为了了解这些新技术及其未来的潜力，将解释其中的定义和特点。这次演讲预测了数字孪生的未来趋势和发展。概述了相关研究和应用，突出这一领域的最新进展。

专家观点：
中国工程院钟山院士10月24日提出，“数字孪生是通过对现代物理世界的人、机、物等所有要素进行数字化，呈现在与物理世界完全对应的‘虚拟世界’网络空间中。虚拟信息空间世界与现实物理空间世界具有虚实映射，操控演化。”数字孪生是数字经济发展的基础，发展智能制造与智慧城市的重要抓手，同时也是国家数字化转型的重要抓手。

中国是工业大国，数字孪生的研究和应用有非常广阔的空间，去年以来，国家发改委、工业和信息化部、国资委等部门相继出台相关文件，部署发展数字孪生技术，发挥其在培育新经济发展、国企数字化转型等领域的积极作用。即将于2022年4月14.15日于上海召开的工业数字孪生技术应用与产业发展高峰论坛（IDT2022）将汇聚众多政府部门领导、工业厂商、产业专家、数字孪生技术服务商就工业数字孪生技术和产业的进展与发展进行专场报告、现场交流以及数字孪生产业内优秀企业的展览展示活动，敬请期待。