数字孪生技术如何推动产业发展？

首先介绍一下业内数字孪生比较流行的定义

数字孪生：是充分利用物理模型、传感器更新、运行 历史 等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。

——美国国防采办大学DAU

产品数字孪生体的主要作用之一就是映射、监控与 *** 纵、诊断、预测。传统的制造行业，以人员经验和主观判断为依据，而且无法做到实时监测和精准判断，随着 科技 的发展，融合了各项新技术如云计算、大数据、人工智能等新一代信息技术的制造业，变得更加“智能化”，不仅能够实时地对产品全生命周期过程进行监测，更能通过各种传感器实时采集的数据通过计算中心计算，预测、诊断，实现在无人值守情况下的智能检测和决策，减少了故障造成的不合格率和停机等重大问题的发生，极大地解放了生产力，并提高了生产效率。

通过数字纽带技术，在产品全生命周期各阶段，将产品开发、产品制造、产品服务等各个环节数据在产品数字孪生体中进行关联映射，在此基础上以产品数字孪生体为单一产品数据源，实现产品全生命周期各阶段的高效协同，最终实现虚拟空间向物理空间的决策控制，以及数字产品到物理产品的转变。

另外，从产品质量数据积累意义来看

大数据技术的发展为产品数字孪生体的数据积累和挖掘应用做了坚实的技术铺垫，产品数字孪生体是产品全生命周期的数据中心，记录了产品从概念设计直至报废/回收的所有模型和数据，是物理产品在全生命周期的数字化档案，反映了产品在全生命周期各阶段的形成过程、状态和行为。产品数字孪生体实时记录了产品从出生到消亡的全过程，并且在产品所处的任何阶段都能够调用该阶段以前所有的模型和数据，产品在任何时刻、任何地点和任何阶段都是状态可视、行为可控、质量可追溯的。比如在产品使用阶段，产品数字孪生体在产品设计和制造阶段的所有数据和模型记录集合能够为产品质量追溯、产品可靠性分析提供准确的模型和数据来源。

从这三个角度来看，数字孪生技术带来的效益远不止技术本身实现，还涉及了更加广泛的积极影响，数字孪生从产品设计、制造、维护、回收等全生命周期的作用，整合了数据流、工作流、解决了企业开发新产品通常会面临的成本、时间和风险三大问题，极大地驱动了企业进行产品创新的动力，数字孪生技术的应用，将会为缩短研发与产品制造时间，提高企业竞争力提供巨大的推动力。

自主创新国产化的 Hightopo 数据可视化能够完全贯穿全产业链做数字孪生产品，已实现 智能化、无代码、可配置 的产业数字化管理。已广泛应用于各类场景，以设计、监控类场景为主。智慧城市、工业4.0、智能驾驶行业是先进数字孪生技术使用较多的行业。为连接电力、船舶、城市管理、农业、建筑、制造、石油天然气、 健康 医疗、环境保护、航空航天领域等各行各业。

使用 Hightopo 的 2D、 3D 和 GIS 可视化技术结合倾斜摄影和数字孪生技术，搭建出各行业智慧管理的三维可视化系统。案例汇集如下：

智慧园区

工业互联网

智慧交通

数字孪生技术的一个重要应用场景——生产制造环节。个性化、多元化的市场消费需求成为主流，制造业正面对日益激烈的市场竞争，面临着巨大的时间、成本、质量、产品差异化等方面的压力。 而搭建基于数字孪生技术的数字化工厂是解决这些问题的最佳途径，通过依托产品整个周期的真实相关数据，在虚拟环境中对生产全过程进行仿真、优化及重构。 通过创建虚拟模型来模拟生产过程，并且这些虚拟模型可以为物理工厂车间里所有连接的机器、工具和设备进行数字 *** 作。这就可以使企业能够快速配置生产系统，以最大限度地提高效率，提高资产利用率，防止停机，具备一定的灵活性。

因此，企业在数字化工厂建设中，通过数字孪生技术能够并行完成“实物设备数字化、运动过程脚本化、系统整线集成化、控制指令下行同步化、现场信息上行并行化”，形成整线的执行引擎，实物设备与所对应的虚拟模型进行虚实互动、指令与信息同步，形成一个支持实物设备连线的车间快速设计、规划、装配与测试平台。

通过数字化的手段，将原先无法保存的专家经验进行数字化，并提供了保存、复制、修改和转移的能力。较于传统的工业设计、制造和服务领域，经验往往是一种模糊而很难把握的形态，很难将其作为精准判决的依据。

提到作为新基建的工业互联网，首先要讲的一个概念就是 “数字孪生Digital Twin” ，或者说数字双胞胎、数字映像、机器数字双胞胎。

数字孪生的概念最早由密歇根大学的Michael Grieves博士于2002年提出（最初的名称为“Conceptual Ideal for PLM”），至今有超过15年的 历史 。但直到工业互联网的出现，数字孪生才真正得到了应用。

什么是数字孪生

数字孪生的官方解释非常复杂：“数字孪生，是充分利用物理模型、传感器更新、运行 历史 等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的 全生命周期过程 。”

我们基于下面这张图片来重新解读一下数字孪生的概念：

基于该可视化界面，我们可以查看到 设备的运转状态和各种参数 ，同时可以通过该界面 对设备进行远程 *** 控 。那么我们可以认为基于以下可视化界面初步实现了该设备数字孪生的构建。

简单来说，数字孪生就是将机器从物理世界映射到虚拟世界。那么这里面就存在了3个要素：

物理空间的实体产品、 虚拟空间的虚拟产品 、 物理空间和虚拟空间之间的数据和信息交互 。

数字化双胞胎技术是将带有三维数字模型的信息拓展到整个生命周期中的影像技术，最终实现虚拟与物理数据同步和一致，它不是让虚拟世界做现在我们已经做到的事情，而是发现潜在问题、激发创新思维、不断追求优化进步——这才是数字孪生的目标所在。

数字孪生的构建会带来什么价值

我们首先从我们的设备制造商来看一下。对于设备制造商，主要有两类设备： 厂内设备 和 厂外设备 。厂内设备主要是我们的生产设备，厂外设备主要对应我们的工业产品。

通过对厂内设备的联网，我们可以实现 生产线的智能运维 ，提升生产效率，降低运营成本。同时会带来一些商业模式的创新，比如共享工厂、产业链协同等新模式的出现。

通过对厂外设备的联网，我们可以实现 后市场的智能运营 ，提升服务质量，降低运营成本。数据的采集同时会辅助研发和营销，提升我们的产品质量和二次销售。当然，厂外设备联网也会带来一些新商业模式的突破，比如融资租赁、大数据保险、从卖产品到卖服务的转变等。

数字孪生技术是制造企业迈向工业4.0战略目标的关键技术 ，通过掌握产品信息及其生命周期过程的数字思路将所有阶段（产品创意、设计、制造规划、生产和使用）衔接起来，并连接到可以理解这些信息并对其做出反应的生产智能设备。

智能制造体系中的设备数字孪生

工业互联网的发展为我们带来了更多的选择，下面我们就 基于SaaS化的工业可视化工具——云视界 ，为大家分享一下如何构建设备的数字孪生。

以设备制造商（OEM）为例，“数字孪生”的构建步骤如下：

1、设备接 入 ：根云平台覆盖95%主流工业控制器，支持400+种工业协议，适配100%国际通用硬件接口。在厂内SCADA、MES等生产系统接入，和厂外设备控制器接入，以及哑设备接入方面均有成熟案例。

2、平台配置 ：根云平台轻松配置设备数据、报警规则，实现设备数字映射。

3、画面搭建 ：根云视界作为一款专注于工业领域企业生产、经营和政府监管的可视化工具，通过托拉拽的方式即可快速配置可视化界面。同时提供丰富的模板库、素材库和组件库，更有工业专属组件。

4、关联数据 ：根云视界深度融合根云平台IoT数据，无需任何开发，轻松实现数据配置、物模型匹配、设备动效、指令控制等。

5、一键发布 ：根云视界支持一键发布，手机、Pad、PC、大屏幕同步自适应，并可轻松集成至APP、小程序、web等各类第三方平台。

根云视界目前已服务客户150+，案例覆盖13个工业场景，37个细分行业。现工具开通 免费试用 ，可登陆云视界官网申请注册。

转载自【根云视界】~

数字孪生行业涉及的产业链上下游比较长，我们所做的数字孪生主要是基于对真实世界的模拟仿真，将真实世界的数据解构为计算机里的数字孪生体。这些数字孪生体可以在城市、园区、工业、能源、水务、水利等行业中形成数字孪生对象，根据数字孪生对象的模拟仿真推演数据，我们可以实现规划、管理和运营，应急预演等目的。同时，我们在做的数字孪生也包括线上线下的品牌营销，以及无人驾驶仿真车的训练和测试。

总之，数字孪生核心要解决的问题是，通过对真实世界的解构，更好地完成对未来的预演或模拟，从而消除整个复杂系统的不确定性，无论这个系统是城市、园区还是交通。

因此，从这个角度讲，我认为2022年中国数字孪生行业最重要、最核心的关键词是“元宇宙”，此外还有数字经济、新基建、数字孪生人这几大关键词。

其中，数字孪生人和元宇宙中虚拟偶像、虚拟主播等一般的数字人有所不同，它不是为了在数字世界中替代真人完成必须由真人所驱动的事，而是为了预演假设某个地方有真人可能会出现的情况，主要用作对人的健康、行为、反应的预测，比如在无人驾驶系统中考虑驾驶员的行为。因此，数字孪生人相当于是一个系统，或者说是“工具人”，体现更多的是应用价值。

澎湃新闻：请选择其中一个关键词，说说这个新趋势的最新进展？

吴亚光：我之所以说“元宇宙”是2022年数字孪生行业最热的关键词，是因为数字孪生和元宇宙共享了很大一部分底层技术，特别是在对真实世界的模拟仿真上。数字孪生行业的底层技术，在元宇宙中可以发挥更大的价值。

因此，元宇宙给数字孪生行业带来了很多新的启发和发展方向，可以让更多人参与进来。这主要是因为元宇宙和数字孪生相比，更追求广泛的连接性，可以把更广范围内的人、系统、数据连接到数字孪生世界中来。

比如，我们借助数字孪生城市可以预测整个城市的交通情况，通过元宇宙广泛连接的形式，就能邀请市民参与到模拟城市中，从中观察市民的行为等情况，这将有助于完善整个数字孪生系统。

我认为，数字孪生与元宇宙结合后会形成“产业元宇宙”。对企业来说，产业元宇宙能直接产生闭环的应用价值，实现降本增效的商业价值，这方面还存在很多发展机会，比如让更多的人参与到数字孪生系统，一起互动和共创内容。此外，由于元宇宙“去中心化”的概念，使得数字孪生行业在数据治理、隐私计算方面也有新的发展可能。

就我们自己的业务而言，2022年主要在品牌营销、工业、水务等方面有所发展，未来随着更多人参与到元宇宙中来，像交通这类的巨系统也将有较大的发展潜力。

如今，数字孪生已经不只是一个概念，而是企业信息化发展的重要趋势，是企业数字化转型、数字化建设、建设数字化企业的重要支撑点。那么，到底什么是“数字孪生”？有哪些优秀的产品架构？如何去落地实践？要从模型、数据和平台本身提供的服务内容等维度来切入！

“数字模型非常重要，决定了数字孪生平台本身的价值和服务能力！” 北京德风新征程 科技 有限公司创始人、董事长兼CEO王清杰认为，不管是什么样的设备，或者生产线，最终都会通过二维或者三维模型，包括仿真模型、物理模型、状态模型、故障模型，来实现场景化的落地。

而在所有模型中，数字是决定一切的关键要素，不管是分析，还是基于人工智能的训练和学习，都离不开数据。有了丰富数据，才能进行多维度的分析、全方位的统计以及建立更有效的模型。当然，现代化的技术手段也是数字孪生应用场景变得越来越广发的一个重要推动力，比如AR和VR会让我们的物理世界和数字世界越来越接近，而基于3D技术的模型则让数字世界变得更直观、立体和全面。

换言之，在数字孪生的业务环境里，企业必须重视全生命周期的数据跟踪服务和治理能力。比如：在设计端，要让原图设计、原始数据和原始模型全部嵌入基于数字孪生的工业互联网平台里。让人、机、料、法、环测数据等整个生产环节都可以进行管理和预测。外加安全、生产和工业流程的全过程监测，以及对整个作业环境的规划管理、设备预测、故障诊断、风险预警等，对执行策略不断优化。

同时，数字孪生也可以对工业互联网架构进行反哺。通过“1234体系”，用户可以实现信息流、物流的全面打通。其中，“1”是一个基础基于数字孪生理念搭建起来，并且支撑大数据、人工智能、云计算等领先技术的工业互联网平台体系；“2”是要做工业互联网平台的两化融合，包括信息化和自动化的融合，以及IT和OT的融合；“3”是多方面的能力，包括在生产、运维和运营等不同层面，更好地为企业降本增效；“4”是指数字孪生平台可为企业提供4大应用，包括能看到企业经营管理情况的数字大脑、能为企业降本提质增效的运营管控、全方位全过程的安全监控和事故应急调度，以及产业上下游的协同。

德风的数字孪生平台，构建了覆盖全生命周期的“六能”体系，包括感知、视能、数能、图能、算能、管能。“感知”，是指通过感知的方式从触达各种各样的传感设备，能够把与数据相关的信息采集上来；“视能”，是通过视频或者监控设备采集数据；“数能”，即是数据能力建设，包括数据模型、机理模型能在数据全生命周期里得到最佳体现；“图能”，是通过图、数据库、云计算以及图形的方式体现；“算能”，是整个数字孪生体系有了非常好的数据，有非常好的算力和算法平台；“管能”，是通过数字孪生来提高管理效能。

总之，制造业，尤其是先进智造，已重新成为全球经济竞争的制高点，而先进智造一定需要数字经济的加持。此种背景下，先进智造成为制造业的发展方向，也成为推动数字经济与实体经济融合发展的主攻方向和关键突破口。所以，从某种角度来讲，数字孪生就是先进智造的源动力。至于，时下正热的"原生"概念，是孪生在物理世界的映射，具有数据采集感知能力，但却需要依靠人脑主动决策。原生实则是物理空间本身就是信息空间，不仅可"主动"产生、存储、分析数据，而且可以自我学习和智能决策。（李代丽）

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