《工业设备数字孪生白皮书》：总体框架模型与方法论

　　极速导读

　　国家工业信息安全发展研究中心发布了《工业设备数字孪生白皮书》。该白皮书系统介绍了数字孪生的起源、发展和工业应用现状，从实施要素维度提出工业设备数字孪生的总体框架模型，针对工业设备数字孪生实施中面临的痛点问题，从工业设备系统生产商、用户、工业设备数字孪生系统开发商等视角研究提出工业设备数字孪生系统实施成熟度评估模型，为评估工业设备数字孪生系统的实施准备和成效提供了方法论，围绕数字孪生在不同行业应用场景提供了风电设备、工程装备、数控机床等11类设备、32个数字孪生典型案例。

　　内容简介

　　01工业设备数字孪生系统概念

　　工业设备数字孪生系统是以具体应用需求为目标，基于实体数字建模、物联网、大数据、人工智能等多融合技术，通过构建物理空间与数字空间之间的闭环数据交换通道，实现数字空间和工业设备的虚实客观映射，在数字空间对物理设备的实时状态进行呈现，并对历史状态进行记录。基于其状态的映射和记录，面向具体应用需求，对物理空间的活动进行分析决策支持或闭环控制，并支持设备实体与数字孪生系统的双向迭代优化。其包括实现以上目标的物理设备、传感系统、计算系统、实体数字模型、数据模型、算法模型以及相应的应用软件。

　　02工业设备数字孪生系统总体框架

　　基于工业设备数字孪生系统的定义，白皮书提出了一种面向工程应用的工业设备数字孪生系统总体框架。完整的工业设备数字孪生系统包含了物理空间、虚实交互、数字空间三个模块。在工业数字孪生系统中，依托虚实交互模块的感知与反馈控制通路，根据工业生产活动的真实数据和智能应用的反馈控制指令实现物理实体与虚拟实体的精准映射、交互融合和智能反馈控制，服务于研发设计、生产制造、智能运维、运行优化、智能决策等工业生产全过程。同时，物理空间和数字空间的功能又可在生产运行中进行持续改进迭代升级。如下图所示。

　　03工业设备数字孪生技术应用场景

　　工业设备构建的数字孪生系统应用可以贯穿工业设备的整个生命周期，解决工业设备在设计、制造、调试、运行、维护、报废、营销阶段的问题，从而提升设备从设计到报废过程的智能化水平。

　　04工业设备数字孪生技术应用价值模式

　　工业设备数字孪生技术创造的价值功能，除了满足企业已经存在的需求外，还将带动新需求，拓宽企业视野，打破市场边界，衍生新兴产业。当前，工业设备数字孪生技术应用应以价值实现为最终目的，我们从价值本质和应用对象两个视角出发，总结工业设备数字孪生技术应用价值。

　　（1）价值本质视角

　　当前工业设备数字孪生技术对企业的四个价值本质体现在：提质、降本、创收、增效。紧紧围绕价值本质数字孪生技术为企业创造价值，赋予企业价值理念。

　　（2）应用对象视角

　　实施工业设备数字孪生系统可在不同方面为工业设备生产商、用户带来不同方面的价值收益。

　　05工业数字孪生应用现状

　　数字孪生作为驱动数字化转型与创新的技术，已经开始助力生产力的变革和升级，改变人们的生产和生活方式。随着科学技术的进步发展，数字孪生的应用领域由最初的航空航天正逐步扩展至工业生产、建筑建设、医疗健康、城市管理、环境保护、安全急救、智慧农业、船舶航运、油气开采、电力输送等更加广阔的领域。随着对数字孪生技术的理论技术体系的深入探索，并以行业应用为导向，通过与具体领域知识深度融合，数字孪生逐渐融入各行各业，特别是在工业领域发挥越来越重要的作用。