22年3月字孿生產(chǎn)業(yè)技術(shù)白皮書Whitepaperforindustrialtechnologyofdigitaltwins (2022版)產(chǎn)業(yè)協(xié)會數(shù)字孿生技術(shù)與應(yīng)用白皮書(2022版)I太原理工大學(xué)5G+XR聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室通信時(shí)空網(wǎng)聯(lián)合創(chuàng)新中心5G+云+AI聯(lián)合創(chuàng)新中心山西省工業(yè)與信息技術(shù)學(xué)校山西益通電網(wǎng)保護(hù)自動化有限責(zé)任公司山西晉盛達(dá)智能后勤服務(wù)有限公司山西晉電電力科技有限公司山西省虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院有限公司陳瑩程忱杜子堯樊兆月高英豪郭海峰郭浩郭武勝賈燕冰賈振華靳峰李健李曉亮李洋李瑤李英娜劉成林馬軍偉馬騰馬萬里馬衛(wèi)龐宇榮榕尚方信邵同旭申潤州王棟王峰王星王志徐陵惠薛磊薛義飛楊艷麗張東霞張棟張峰張建亮張凱張巍趙濤鄭慧(按姓氏拼音排序)數(shù)字孿生技術(shù)與應(yīng)用白皮書(2022版)白皮書力求以較為淺顯易懂的方式對數(shù)字孿生相關(guān)定義、。數(shù)字孿生技術(shù)與應(yīng)用白皮書(2022版)數(shù)字孿生技術(shù)與應(yīng)用白皮書(2022版)編寫組前言 V 4 5.4數(shù)字孿生電力系統(tǒng)典型應(yīng)用案例(一) 835.5數(shù)字孿生電力系統(tǒng)典型應(yīng)用案例(二) 865.6數(shù)字孿生電力系統(tǒng)典型應(yīng)用案例(三) 90 監(jiān)控平臺 101 3 6.5電力企業(yè)變電站通信機(jī)房可視化解決方案 109 I II 圖1-3數(shù)字孿生標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu) 4 圖5-3模擬訓(xùn)練系統(tǒng)界面 85 5-5配電系統(tǒng)管理 87圖5-6實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)展示 88圖5-7高精度數(shù)字孿生熱電廠 92圖5-8高精度人員定位 93 電站運(yùn)行監(jiān)測 98圖6-3水量調(diào)度監(jiān)測 99圖6-4水情遙測系統(tǒng)監(jiān)測 100 圖6-6精細(xì)化網(wǎng)格管理 103 圖6-8生產(chǎn)管理監(jiān)測 105圖6-9工藝流程模擬 106圖6-10實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示 107 圖6-12監(jiān)控報(bào)警數(shù)據(jù)查詢 108圖6-13設(shè)備告警管理 108圖6-14設(shè)備信息可視化管理 109圖6-15資產(chǎn)可視化 111X圖6-16空間可視化 111圖6-17機(jī)房管線可視化 112圖6-18運(yùn)營管理流程化 112 1-手段構(gòu)建一個(gè)在數(shù)字世界中一模一樣的實(shí)體，借此來實(shí)現(xiàn)對物理實(shí)體虛擬現(xiàn)實(shí)、物聯(lián)網(wǎng)、云邊協(xié)同以及人工智能等技術(shù)，通過實(shí)測、仿真和數(shù)據(jù)分析來實(shí)時(shí)感知、診斷、預(yù)測物理實(shí)體對象的狀態(tài)，通過指令來調(diào)控物理實(shí)體對象的行為，通過相關(guān)數(shù)字模型間的相互學(xué)習(xí)來進(jìn)化自身，合理有效地調(diào)度資源或?qū)ο嚓P(guān)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)。DigitalTwinDT，最早可追溯到美國國家航空航天局的阿波羅項(xiàng)目。在該項(xiàng)目中，美國國家航空航天局需要制造兩個(gè)完全一樣的空間飛行器，留在地球上的飛行器被稱為“孿生體”，用來反映(或做鏡像)正在執(zhí)行任務(wù)的空間飛行器的狀態(tài)。在飛行準(zhǔn)備期間，被稱為“孿生體”的空間飛行器精確仿太空模型進(jìn)行仿真試驗(yàn)，并盡可能精確地反映和預(yù)測正在執(zhí)行任務(wù)的空間飛行器的狀態(tài)，從而輔助太空軌道上的航天員在緊急情況過仿真實(shí)時(shí)反映對象的真實(shí)運(yùn)行情況的樣機(jī)或模型。2002年10月在美國制造工程協(xié)會管理論壇上，當(dāng)時(shí)的產(chǎn)品生命周期管理(ProductLifecycleManagement，簡稱PLM)咨詢顧問Michael數(shù)字孿生技術(shù)與應(yīng)用白皮書(2022版)2-Grieves博士提出了數(shù)字孿生最早的概念模型。但是，當(dāng)時(shí)“數(shù)字孿生”一詞還未被正式提出，Grieves將這一設(shè)想稱之為“PLM的概念設(shè)想(ConceptualIdealforPLM)”，如圖1-1所示。想2009年，美國空軍實(shí)驗(yàn)室提出“機(jī)身數(shù)字孿生(AirframeDigital美國國家航空航天局在《建模、仿真、信息技術(shù)和處理》和《材料、結(jié)構(gòu)、機(jī)械系統(tǒng)和制造》兩份技術(shù)路線圖中直接使用了“數(shù)字孿生”這一名稱，并將其定義為“集成了多物理量、多尺度、多概率的系統(tǒng)器仿真過程”。2011年，MichaelGrieves博士在其所著的《智能制造之虛擬完美模型：驅(qū)動創(chuàng)新與精益產(chǎn)品》中正式定義了數(shù)字孿生概念，并一直沿用至今。數(shù)字孿生技術(shù)與應(yīng)用白皮書(2022版)3-統(tǒng)參考架構(gòu)一個(gè)典型的數(shù)字孿生系統(tǒng)包括用戶域、數(shù)字孿生、測量與控制實(shí)體、現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)物理域和跨域功能實(shí)體共五個(gè)層次，如圖1-2所示。第一層是使用數(shù)字孿生的用戶域，包括人、人機(jī)接口、應(yīng)用軟件以及其他相關(guān)的數(shù)字孿生。第二層是與物理實(shí)體目標(biāo)對象對應(yīng)的數(shù)字孿生。它是反映物理對象某一視角特征的數(shù)字模型，并提供建模管理、仿真服務(wù)和孿生共智三類功能。建模管理涉及物理對象的數(shù)字建模與展示、與物理對象模型同步和運(yùn)行管理。仿真服務(wù)包括模型仿真、分析服務(wù)、報(bào)告生成和平臺支持。孿生共智涉及共智孿生體等資源的接口、交互操作、在線插拔和安全訪問。建模管理、仿真服務(wù)和孿生共智之間傳遞物理對象的狀態(tài)感知、診斷和預(yù)測所需的信息。數(shù)字孿生技術(shù)與應(yīng)用白皮書(2022版)4-研發(fā)、制造、物流、運(yùn)維等全產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的各種物理實(shí)體對象以及相關(guān)的業(yè)務(wù)活動。第四層是處于測量控制域、聯(lián)接數(shù)字孿生和物理實(shí)體的測量與控制實(shí)體，實(shí)現(xiàn)物理對象的狀態(tài)感知和控制功能。第五層是與數(shù)字孿生對應(yīng)的物理實(shí)體目標(biāo)對象所處的產(chǎn)業(yè)物理域。測量與控制實(shí)體和產(chǎn)業(yè)物理域之間有測量數(shù)據(jù)流和控制信息流的測量與控制實(shí)體、數(shù)字孿生以及用戶域之間的數(shù)據(jù)流和信息流傳遞，需要信息交換、數(shù)據(jù)保證、安全保障等跨域功能實(shí)體的支持。信息交換通過適當(dāng)?shù)膮f(xié)議實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生之間交換信息。安全保障負(fù)責(zé)數(shù)字孿生系統(tǒng)安保相關(guān)的認(rèn)證、授權(quán)、保密和完整性。數(shù)據(jù)保證與安全保障一起確保數(shù)字孿生系統(tǒng)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確和完整。化體系數(shù)字孿生標(biāo)準(zhǔn)體系由數(shù)字孿生各項(xiàng)子標(biāo)準(zhǔn)體系組成，數(shù)字孿生標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)如圖1-3所示。數(shù)字孿生技術(shù)與應(yīng)用白皮書(2022版)5-孿生基礎(chǔ)共性標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字孿生基礎(chǔ)共性標(biāo)準(zhǔn)主要規(guī)范數(shù)字孿生的基礎(chǔ)性和通用性標(biāo)準(zhǔn)，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及主要內(nèi)容如圖1-4所示。(1)術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)定義數(shù)字孿生有關(guān)概念及相應(yīng)縮略語，可以幫助使用者理解數(shù)字孿生概念，并為其他各部分標(biāo)準(zhǔn)的制定提供支撐。數(shù)字孿生相關(guān)術(shù)語包括數(shù)字孿生主要概念定義、關(guān)鍵技術(shù)以及相近概念等，例如數(shù)字孿生、孿生數(shù)據(jù)、數(shù)字線程、數(shù)字孿生模型、數(shù)字孿生系統(tǒng)、數(shù)字孿生技術(shù)、數(shù)字孿生平臺、多空間尺度模型、多時(shí)間尺度模型、多維動態(tài)模型、物理實(shí)體、虛擬實(shí)體、連接、數(shù)字孿生服務(wù)、服務(wù)化封裝、數(shù)字足跡、數(shù)字化資產(chǎn)、虛實(shí)交互等。(2)參考架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字孿生按照物理實(shí)體的功能及結(jié)構(gòu)可分為單元級數(shù)字孿生、系統(tǒng)級數(shù)字孿生和復(fù)雜系統(tǒng)級數(shù)字孿生3個(gè)層級。參考架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)對上述數(shù)字孿生技術(shù)與應(yīng)用白皮書(2022版)6-3個(gè)層級的分層規(guī)則、數(shù)字孿生體系架構(gòu)以及各部分參考架構(gòu)進(jìn)行規(guī)范，幫助使用者明確數(shù)字孿生分層方法、體系結(jié)構(gòu)以及各部分之間的關(guān)系。參考架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)包括數(shù)字孿生分層準(zhǔn)則、數(shù)字孿生總體參考架構(gòu)、單元級數(shù)字孿生參考架構(gòu)、系統(tǒng)級數(shù)字孿生參考架構(gòu)、復(fù)雜系統(tǒng)級數(shù)字孿生參考架構(gòu)、數(shù)字孿生五維模型總體架構(gòu)、數(shù)字孿生物理實(shí)體、數(shù)字孿生虛擬實(shí)體、孿生數(shù)據(jù)、連接與交互、數(shù)字孿生應(yīng)用／服務(wù)平臺、數(shù)字孿生安全參考架構(gòu)和數(shù)字孿生測評參考架構(gòu)等。(3)適用原則規(guī)范數(shù)字孿生的適用性要求，幫助使用者決策實(shí)體是否適用數(shù)字一致性要求(包括可測性要求)等。孿生關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字孿生關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)用于規(guī)范數(shù)字孿生實(shí)施過程中涉及的關(guān)鍵技術(shù)要求，如圖1-5所示。數(shù)字孿生技術(shù)與應(yīng)用白皮書(2022版)7-1.物理實(shí)體標(biāo)準(zhǔn)物理實(shí)體標(biāo)準(zhǔn)主要對物理實(shí)體的感知接入、決策執(zhí)行、邊緣端協(xié)個(gè)容(1)感知接入標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范數(shù)字孿生系統(tǒng)中人、機(jī)、物、環(huán)境等物理實(shí)體的感知接入相關(guān)技術(shù)要求，保證物理實(shí)體信息獲取與上傳的規(guī)范性和兼容性，包括固有屬性感知接口、歷史屬性讀取接口等靜態(tài)屬性感知要求，以及實(shí)時(shí)狀態(tài)感知接口、感知裝置安裝部署、感知裝置性能、感知接入時(shí)間敏感性等動態(tài)屬性感知要求。(2)決策執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范物理實(shí)體的運(yùn)行控制、運(yùn)行優(yōu)化、維護(hù)策略、故障自恢復(fù)的決策執(zhí)行相關(guān)技術(shù)要求，包括控制指令格式、指令校驗(yàn)、指令注入權(quán)限等控制指令接入要求；響應(yīng)時(shí)間、執(zhí)行效率、時(shí)序同步等時(shí)間敏感性要求；執(zhí)行精度、執(zhí)行穩(wěn)定性、執(zhí)行反饋等執(zhí)行有效性要8-(3)邊緣端協(xié)作標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范數(shù)字孿生系統(tǒng)物理實(shí)體邊緣端協(xié)作相關(guān)技術(shù)要求，包括邊緣端部署架構(gòu)、邊緣端功能邊界劃分準(zhǔn)則、邊緣端計(jì)算接口、邊緣端計(jì)算性能、邊緣端網(wǎng)絡(luò)性能等。2.虛擬實(shí)體標(biāo)準(zhǔn)虛擬實(shí)體標(biāo)準(zhǔn)主要對模型功能、模型描述、模型構(gòu)建、模型組裝、模型驗(yàn)證、模型運(yùn)行、模型管理進(jìn)行規(guī)范，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及主要內(nèi)容如圖1-7所示，包括以下幾個(gè)方面：容(1)模型功能與描述標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范幾何、物理、行為、規(guī)則多維多時(shí)空尺度模型的功能與描述相關(guān)技術(shù)要求，包括幾何功能、物理功能、行為功能、規(guī)則功能、維模型封裝、模型輸入輸出描述等。(2)模型構(gòu)建與組裝標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范幾何、物理、行為、規(guī)則多維多時(shí)空尺度模型的構(gòu)建與組裝數(shù)字孿生技術(shù)與應(yīng)用白皮書(2022版)9-模型組裝規(guī)則、模型組裝接口、模型組裝過程、模型擴(kuò)展等。(3)模型驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范幾何、物理、行為、規(guī)則單個(gè)模型與組裝模型的分層級驗(yàn)證相關(guān)技術(shù)要求，包括單個(gè)模型與組裝模型的驗(yàn)證規(guī)則、驗(yàn)證環(huán)境、驗(yàn)證流程、功能驗(yàn)證、性能(包括粒度、質(zhì)量、準(zhǔn)確性、可用性、易用性等)驗(yàn)證、一致性驗(yàn)證、兼容性驗(yàn)證等。(4)模型運(yùn)行與管理標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范模型的運(yùn)行與管理相關(guān)技術(shù)要求，包括模型運(yùn)行環(huán)境、模型運(yùn)行配置、模型運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測、模型簡化／輕量化原則、模型更新、模型優(yōu)化、模型增刪改查等。3.孿生數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)是驅(qū)動數(shù)字孿生系統(tǒng)運(yùn)行的根本。孿生數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)主要是對數(shù)測試進(jìn)行規(guī)范，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及主要內(nèi)容如圖1-8所示。容數(shù)字孿生技術(shù)與應(yīng)用白皮書(2022版)10-(1)數(shù)據(jù)表示標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范數(shù)字孿生數(shù)據(jù)表示涉及的相關(guān)技術(shù)要求，包括孿生數(shù)據(jù)表示準(zhǔn)則、數(shù)據(jù)索引、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)時(shí)序關(guān)系、數(shù)據(jù)空間關(guān)系等。(2)數(shù)據(jù)分類標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范數(shù)字孿生系統(tǒng)涉及到的孿生數(shù)據(jù)類別，包括分類準(zhǔn)則、歷史數(shù)據(jù)和實(shí)況數(shù)據(jù)，其中歷史數(shù)據(jù)和實(shí)況數(shù)據(jù)包含物理實(shí)體、虛擬實(shí)體管理數(shù)據(jù)等。(3)數(shù)據(jù)存儲標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范孿生數(shù)據(jù)存儲相關(guān)技術(shù)要求，包括分布式存儲、本地存儲、存儲介質(zhì)、數(shù)據(jù)存取等。(4)數(shù)據(jù)預(yù)處理標(biāo)準(zhǔn)獲取到物理實(shí)體、虛擬實(shí)體和服務(wù)的原始數(shù)據(jù)之后，需要對其進(jìn)行預(yù)處理操作，相關(guān)技術(shù)要求包括數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)降階、數(shù)據(jù)變換、數(shù)據(jù)規(guī)約、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、數(shù)據(jù)集成等。(5)數(shù)據(jù)使用與維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范孿生數(shù)據(jù)使用與維護(hù)過程中涉及的相關(guān)技術(shù)要求，包括使用環(huán)境、數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)優(yōu)化、數(shù)據(jù)加載、數(shù)據(jù)共享、數(shù)(6)數(shù)據(jù)測試標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范數(shù)據(jù)測試相關(guān)技術(shù)要求，主要包括數(shù)據(jù)測試流程、數(shù)據(jù)規(guī)范性測試、數(shù)據(jù)完整性測試、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性測試、數(shù)據(jù)兼容性測試、數(shù)據(jù)數(shù)字孿生技術(shù)與應(yīng)用白皮書(2022版)11-。4.連接與集成標(biāo)準(zhǔn)連接與集成標(biāo)準(zhǔn)主要對數(shù)字孿生物理實(shí)體、虛擬實(shí)體、服務(wù)、數(shù)(1)連接映射標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范數(shù)字孿生中物理實(shí)體、虛擬實(shí)體、服務(wù)與數(shù)據(jù)庫的連接映射相關(guān)技術(shù)要求，包含連接方式、映射模型、映射字典等。(2)信息傳輸標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范物理實(shí)體、虛擬實(shí)體、服務(wù)與數(shù)據(jù)庫之間的數(shù)據(jù)傳輸相關(guān)技術(shù)要求，包括傳輸協(xié)議，傳輸實(shí)時(shí)性，傳輸可靠性，傳輸安全等。(3)交互與集成標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范物理實(shí)體、虛擬實(shí)體、服務(wù)與孿生數(shù)據(jù)之間的交互與集成相關(guān)技術(shù)要求，包括物理實(shí)體與虛擬實(shí)體交互、物理實(shí)體與孿生數(shù)據(jù)交互、物理實(shí)體與服務(wù)交互、虛擬實(shí)體與孿生數(shù)據(jù)交互、虛擬實(shí)體與服數(shù)字孿生技術(shù)與應(yīng)用白皮書(2022版)12-(4)連接測試標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范物理實(shí)體、虛擬實(shí)體、服務(wù)與數(shù)據(jù)庫之間的連接測試相關(guān)技術(shù)要求，包括連接兼容性測試、連接可靠性測試、連接時(shí)間敏感性測試、交互功能與性能測試、系統(tǒng)集成測試等。5.服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)管理、服務(wù)質(zhì)量與評測、服務(wù)交易進(jìn)行規(guī)范，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及主要內(nèi)(1)服務(wù)描述模型標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范數(shù)字孿生中的服務(wù)描述模型建模相關(guān)技術(shù)要求，包括建模規(guī)則、建模環(huán)境、建模語言、建模流程等。(2)服務(wù)開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范服務(wù)開發(fā)的相關(guān)技術(shù)要求，包括功能描述、設(shè)計(jì)規(guī)范、開發(fā)環(huán)境、開發(fā)流程、服務(wù)封裝、服務(wù)模板庫等。數(shù)字孿生技術(shù)與應(yīng)用白皮書(2022版)13-(3)服務(wù)部署與運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范數(shù)字孿生中服務(wù)部署及運(yùn)行相關(guān)技術(shù)要求，包括部署要求、運(yùn)行環(huán)境、服務(wù)實(shí)例化、運(yùn)行監(jiān)測、服務(wù)協(xié)作、服務(wù)運(yùn)行容錯等。(4)服務(wù)管理標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范服務(wù)全生命周期過程管理相關(guān)技術(shù)要求，包括服務(wù)搜索、供需匹配、服務(wù)優(yōu)選、服務(wù)調(diào)度、服務(wù)組合、服務(wù)容錯、服務(wù)協(xié)作等。(5)服務(wù)質(zhì)量與評測標(biāo)準(zhǔn)信譽(yù)、滿意度、非功能服務(wù)質(zhì)量(包括可伸縮性、可擴(kuò)展性、可重用性、魯棒性、可測試性)等。(6)服務(wù)交易標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范數(shù)字孿生的服務(wù)交易相關(guān)技術(shù)要求，包括服務(wù)交易平臺、服務(wù)交易方式、服務(wù)交易安全、服務(wù)定價(jià)與計(jì)費(fèi)、服務(wù)授權(quán)等。孿生工具及平臺標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字孿生工具及平臺標(biāo)準(zhǔn)用于對數(shù)字孿生實(shí)現(xiàn)過程中涉及的軟硬件工具及平臺進(jìn)行規(guī)范，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及主要內(nèi)容如圖1-11所示。主要內(nèi)容數(shù)字孿生技術(shù)與應(yīng)用白皮書(2022版)14-(1)工具標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范數(shù)字孿生中涉及的軟硬件工具相關(guān)技術(shù)要求，包括工具功能、工具性能、工具運(yùn)行環(huán)境、工具二次開發(fā)、工具集成、工具使用與維(2)平臺標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范數(shù)字孿生實(shí)現(xiàn)過程涉及的平臺相關(guān)技術(shù)要求，包括平臺功能、平臺性能(包括平臺基本性能、可靠性、擴(kuò)展性、安全性)、平臺運(yùn)行環(huán)境、平臺使用和維護(hù)、平臺接口與集成、平臺安全等。測評標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字孿生測評標(biāo)準(zhǔn)用于對數(shù)字孿生體系的測試要求與評價(jià)方法進(jìn)行規(guī)范，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及主要內(nèi)容如圖1-12所示。容(1)測評導(dǎo)則規(guī)范數(shù)字孿生體系的測試與評價(jià)過程的基本要求，包括測評目的、測評類型、測評等級、測評環(huán)境、測評工具、測評保密安全等。數(shù)字孿生技術(shù)與應(yīng)用白皮書(2022版)15-(2)測評過程標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范數(shù)字孿生體系的測試與評價(jià)過程相關(guān)技術(shù)要求，包含測評分析、測評準(zhǔn)備、測評方法選擇、測評步驟、測評文檔等。(3)測評指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范數(shù)字孿生體系測試與評價(jià)過程涉及的各類指標(biāo)要求，例如穩(wěn)定性、可靠性、易用性、安全性、一致性、可維護(hù)性、保障能力、移植性、擴(kuò)展性、自適應(yīng)性、自演化性、可測性、經(jīng)濟(jì)性、滿意度等。(4)測評用例標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范數(shù)字孿生體系的測試與評價(jià)用例相關(guān)技術(shù)要求，包括用例選取、用例校驗(yàn)、用例使用、用例歸檔等。安全標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字孿生安全標(biāo)準(zhǔn)用于規(guī)范數(shù)字孿生體系安全，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及主要容數(shù)字孿生技術(shù)與應(yīng)用白皮書(2022版)16-(1)物理系統(tǒng)安全要求規(guī)范數(shù)字孿生體系中物理系統(tǒng)的安全要求，包括物理系統(tǒng)安全風(fēng)險(xiǎn)分析、電氣系統(tǒng)安全、機(jī)械系統(tǒng)安全、本質(zhì)安全、功能安全等。(2)功能安全要求規(guī)范數(shù)字孿生中的設(shè)計(jì)、制造、安裝、運(yùn)維等過程的安全功能相關(guān)技術(shù)要求，包括孿生系統(tǒng)安全風(fēng)險(xiǎn)分析、孿生系統(tǒng)安全功能設(shè)計(jì)、孿生系統(tǒng)安全完整性等級評估等。(3)信息安全要求規(guī)范數(shù)字孿生體系中涉及的各類信息安全相關(guān)技術(shù)要求，包括孿生系統(tǒng)信息安全風(fēng)險(xiǎn)分析、孿生數(shù)據(jù)安全、孿生系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全等。孿生行業(yè)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)數(shù)字孿生基礎(chǔ)共性標(biāo)準(zhǔn)、關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、工具及平臺標(biāo)準(zhǔn)，孿生機(jī)床、數(shù)字孿生車間、數(shù)字孿生衛(wèi)星、數(shù)字孿生發(fā)動機(jī)、數(shù)字孿生工程機(jī)械裝備、數(shù)字孿生城市、數(shù)字孿生船舶、數(shù)字孿生醫(yī)療等具體行業(yè)的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。在數(shù)字孿生使用前，應(yīng)用對象、功能需求、適用性評價(jià)等行業(yè)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)能夠幫助企業(yè)決策數(shù)字孿生的適用性；在數(shù)字孿生使用過程中，技術(shù)要求、工具標(biāo)準(zhǔn)、平臺標(biāo)準(zhǔn)等結(jié)合行業(yè)／領(lǐng)域特性的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)能夠指導(dǎo)數(shù)字孿生在各領(lǐng)域的應(yīng)用落地；在數(shù)字孿生使用后，測試要求、評價(jià)方法、安全要求、管理要求等行業(yè)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)能夠指導(dǎo)數(shù)字孿生的評估及優(yōu)化方法，保證其使用安全性、穩(wěn)定性、數(shù)字孿生技術(shù)與應(yīng)用白皮書(2022版)17-可用性與易用性。技術(shù)模型化。建模是研究系統(tǒng)的重要手段和前提。凡是用模型描述系統(tǒng)的因果關(guān)系或相互關(guān)系的過程都屬于建模。而數(shù)字孿生的目的或本質(zhì)是體、特別是復(fù)雜系統(tǒng)的不確定性。所以建立物理實(shí)體的數(shù)字化模型或信息建模技術(shù)是創(chuàng)建數(shù)字孿生、實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生的源頭和核心技術(shù)，也是“數(shù)化”階段的核心。仿真是指利用模型復(fù)現(xiàn)實(shí)際系統(tǒng)中發(fā)生的本質(zhì)過程，并通過對系統(tǒng)模型的實(shí)驗(yàn)來研究已存在的或設(shè)計(jì)中的系統(tǒng)，又稱模擬。這里所指模型。所指的系統(tǒng)也很廣泛，包括電氣、機(jī)械、化工、水力、熱力等有了完整的輸入信息和環(huán)境數(shù)據(jù)，就可以基本正確地反映物理世界的特性和參數(shù)。人類對物理世界或問題的理解，那么仿真就是驗(yàn)證和確認(rèn)這種理解的正確性和有效性。所以，數(shù)字化模型的仿真技術(shù)是創(chuàng)建和運(yùn)行數(shù)字孿數(shù)字孿生技術(shù)與應(yīng)用白皮書(2022版)18-生、保證數(shù)字孿生與對應(yīng)物理實(shí)體實(shí)現(xiàn)有效閉環(huán)的核心技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)(VirtualReality，簡稱VR)技術(shù)可以將系統(tǒng)的制造、運(yùn)行、維修狀態(tài)呈現(xiàn)出超現(xiàn)實(shí)的形式，對復(fù)雜系統(tǒng)的各個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行多領(lǐng)域、多尺度的狀態(tài)監(jiān)測和評估，將智能監(jiān)測和分析結(jié)果附加到系統(tǒng)的各個(gè)子系統(tǒng)、部件中，在完美復(fù)現(xiàn)實(shí)體系統(tǒng)的同時(shí)將數(shù)字分析結(jié)果以虛擬映射的方式疊加到所創(chuàng)造的孿生系統(tǒng)中，從視覺、聲覺、觸覺等各個(gè)方面提供沉浸式的虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)且連續(xù)的人機(jī)互VR技術(shù)能夠幫助使用者通過數(shù)字孿生系統(tǒng)迅速地了解和學(xué)習(xí)目標(biāo)系統(tǒng)的原理、構(gòu)造、特性、變化趨勢、健康狀態(tài)等各種信息，并能啟發(fā)其改進(jìn)目標(biāo)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制造，為優(yōu)化和創(chuàng)新提供靈感。通過簡單地點(diǎn)擊和觸摸，不同層級的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和狀態(tài)會呈現(xiàn)在使用者面前，對于監(jiān)控和指導(dǎo)復(fù)雜裝備的生產(chǎn)制造、安全運(yùn)行及視情維修具有十分重要的意義，提供了比實(shí)物系統(tǒng)更加豐富的信息和選擇。目前很多互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)都在不斷推出或升級數(shù)據(jù)呈現(xiàn)的空間或軟件包，工業(yè)數(shù)據(jù)分析可以在借鑒或借用這些數(shù)據(jù)呈現(xiàn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)數(shù)據(jù)分析可視化的性能和效果。著日趨復(fù)雜的數(shù)據(jù)分析任務(wù)以及高維、高實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)建模和分析需求，需要強(qiáng)化對數(shù)據(jù)呈現(xiàn)技術(shù)的關(guān)注，這是支撐構(gòu)建數(shù)字孿生系統(tǒng)的一個(gè)數(shù)字孿生技術(shù)與應(yīng)用白皮書(2022版)19-物聯(lián)網(wǎng)(InternetofThings，簡稱IoT)是指通過信息傳感設(shè)備，信，以實(shí)現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。通俗地講，物聯(lián)網(wǎng)就是“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”，它包含兩層含義：第一，物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的延伸和擴(kuò)展，其核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)；第二，物品之間信息的交換和通信。物聯(lián)網(wǎng)作為新一代信息技術(shù)的高度集成和綜合運(yùn)用，具有滲透性強(qiáng)、帶動作用大、綜合效益好的特點(diǎn)，是繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)、移動通信網(wǎng)之后信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的又一推動者。物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用和發(fā)展，有利于促進(jìn)生產(chǎn)生活和社會管理方式向智能化、精細(xì)化、網(wǎng)絡(luò)化方向轉(zhuǎn)變，極大提高社會管理和公共服務(wù)水平，催生大量新技術(shù)、新產(chǎn)品、新應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的增長點(diǎn)。物聯(lián)網(wǎng)是數(shù)字孿生的載體，數(shù)字孿生是物聯(lián)網(wǎng)的底層邏輯。數(shù)字孿生和物聯(lián)網(wǎng)是相互成就的關(guān)系。一方面，物聯(lián)網(wǎng)為數(shù)字孿生的數(shù)據(jù)流和信息流提供參考架構(gòu)。同時(shí)，數(shù)字孿生是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展應(yīng)用的新階段。數(shù)字孿生之所以變得越來越受歡迎，是因?yàn)樗軌蝻@著降低物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)復(fù)雜性并提高效率。數(shù)字孿生技術(shù)與應(yīng)用白皮書(2022版)20-算云計(jì)算(CloudComputing)是一種計(jì)算資源交付模型，集成了各種服務(wù)器、應(yīng)用程序、數(shù)據(jù)和其它資源，并通過互聯(lián)網(wǎng)以服務(wù)的形式提供這些資源。通常對資源進(jìn)行了虛擬化。邊緣計(jì)算(EdgeComputing)是一種分布式處理和存儲的體系結(jié)構(gòu)，它更接近數(shù)據(jù)的源頭。例如，帶有視覺處理功能的攝像頭、通過藍(lán)牙向手機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)的可穿戴醫(yī)療設(shè)備等都利用到了邊緣計(jì)算。與云計(jì)算相比，邊緣計(jì)算更靠近終端，是構(gòu)建企業(yè)級物聯(lián)網(wǎng)解決方案的最佳實(shí)踐，這種方案便是云邊協(xié)同計(jì)緣云平臺更是一個(gè)分布式的平臺，因此云邊協(xié)同的特征是邊緣計(jì)算的況成了影響邊緣計(jì)算的重要因素?！肮仓恰钡哪繕?biāo)是實(shí)現(xiàn)不同數(shù)字孿生智慧的交換和共享，其隱含的前提是單個(gè)數(shù)字孿生內(nèi)部各構(gòu)件的智慧首先是共享的。云邊協(xié)同計(jì)算則為數(shù)字孿生內(nèi)部和之間進(jìn)行智慧共享提供了可能。大數(shù)據(jù)(BigData)是指以容量大、類型多、存取速度快、應(yīng)用價(jià)值高為主要特征的數(shù)據(jù)集合。目前正快速發(fā)展為對數(shù)量巨大、來源數(shù)字孿生技術(shù)與應(yīng)用白皮書(2022版)21-創(chuàng)造新價(jià)值、提升新能力的新一代信息技術(shù)和服務(wù)業(yè)態(tài)。大數(shù)據(jù)必須計(jì)算的分布式處理、分布式數(shù)據(jù)庫和云存儲、虛擬化技術(shù)。大數(shù)據(jù)的在數(shù)字孿生中，物聯(lián)網(wǎng)的一項(xiàng)重要作用就是收集來自物理世界的數(shù)據(jù)，這種數(shù)據(jù)往往具備大數(shù)據(jù)特征。數(shù)字孿生使用這些數(shù)據(jù)的一種模式就是通過機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，在物理機(jī)理不明確、輸入數(shù)據(jù)不完備的情況下對數(shù)字孿生的未來狀態(tài)和行為進(jìn)行預(yù)測，盡管這種預(yù)測未必準(zhǔn)越來越逼近真實(shí)世界，使得數(shù)字孿生擁有“先覺”能力。人工智能(ArtificialIntelligence，簡稱AI)是研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴(kuò)展人的智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的一門新的技術(shù)科學(xué)。人工智能的應(yīng)用可能會出現(xiàn)在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，尤其是在數(shù)據(jù)應(yīng)用的環(huán)節(jié)。利用機(jī)器學(xué)習(xí)和預(yù)測分析算法，工業(yè)大數(shù)據(jù)可以在預(yù)測、維護(hù)等用例場景中產(chǎn)生價(jià)值(如預(yù)測和預(yù)防制造機(jī)器、飛機(jī)、汽車、火車、風(fēng)力渦輪機(jī)、輸油管道等出現(xiàn)的機(jī)器故障或組件故障)，包括生產(chǎn)過程早期的產(chǎn)品質(zhì)量預(yù)測和產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)化(如鋼鐵數(shù)字孿生技術(shù)與應(yīng)用白皮書(2022版)22-行業(yè))，連續(xù)生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵情況預(yù)測、預(yù)防(如化學(xué)工業(yè))，產(chǎn)品壽命預(yù)測(如汽車發(fā)動機(jī)、風(fēng)力渦輪機(jī)部件、電池等)以及能源需求預(yù)測、價(jià)格預(yù)測等。數(shù)字孿生正在與人工智能技術(shù)深度結(jié)合，促進(jìn)信息空間與物理空間的實(shí)時(shí)交互與融合，以在信息化平臺內(nèi)進(jìn)行更加真實(shí)的數(shù)字化模擬，并實(shí)現(xiàn)更廣泛的應(yīng)用。將數(shù)字孿生系統(tǒng)與機(jī)器學(xué)習(xí)框架學(xué)習(xí)結(jié)合，數(shù)字孿生系統(tǒng)可以根據(jù)多重的反饋源數(shù)據(jù)進(jìn)行自我學(xué)習(xí)，從而幾乎實(shí)時(shí)地在數(shù)字世界里呈現(xiàn)物理實(shí)體的真實(shí)狀況，并能夠?qū)磳l(fā)生的事件進(jìn)行推測和預(yù)演。數(shù)字孿生系統(tǒng)的自我學(xué)習(xí)除了可以依賴于傳感器的斷的自我學(xué)習(xí)與迭代中，模擬精度和速度將大幅提升。區(qū)塊鏈區(qū)塊鏈(Blockchain)技術(shù)是利用塊鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來驗(yàn)證與存儲數(shù)據(jù)、利用分布式節(jié)點(diǎn)共識算法來生成和更新數(shù)據(jù)、利用密碼學(xué)的方式保證數(shù)據(jù)傳輸和訪問的安全、利用由自動化腳本代碼組成的智能合約來編程和操作數(shù)據(jù)的一種全新的分布式基礎(chǔ)架構(gòu)與計(jì)算方式。區(qū)塊鏈的核心技術(shù)包括:(1)點(diǎn)對點(diǎn)分布式技術(shù)；(2)共識機(jī)制；(3)智能合約；(4)非對稱加密技術(shù)。區(qū)塊鏈本質(zhì)上是一種解決信任問題、降低信任成本的信息技術(shù)方數(shù)字孿生技術(shù)與應(yīng)用白皮書(2022版)23-陌生人間的信任問題，大幅降低信任成本。中，必然存在數(shù)字資產(chǎn)的交易。區(qū)塊鏈提供的去中心化的交易機(jī)制能很好地支持分布、實(shí)時(shí)和精細(xì)化的數(shù)字資產(chǎn)交易，可以成為數(shù)字孿生最佳交易、分發(fā)和服務(wù)各個(gè)流程的參與者。最后，去中心化數(shù)據(jù)交易網(wǎng)絡(luò)數(shù)字資產(chǎn)的商用化。移動通信技術(shù)第五代移動通信技術(shù)(5thGenerationMobileCommunicationTechnology，簡稱5G)是具有高速率、低時(shí)延和大連接特點(diǎn)的新一代寬帶移動通信技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)人機(jī)物互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。5G作為一種新型移動通信網(wǎng)絡(luò)，不僅要解決人與人通信，為用戶提供增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、虛擬現(xiàn)實(shí)、超高清視頻等更加身臨其境的極致業(yè)務(wù)體驗(yàn)，更要解決人與物、物與物通信問題，滿足移動醫(yī)療、車聯(lián)網(wǎng)、智能家居、工業(yè)控制、環(huán)境監(jiān)測等物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用需求。最終，5G將滲透到經(jīng)濟(jì)社會的各行業(yè)各領(lǐng)域，成為支撐經(jīng)濟(jì)社會數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵新型基礎(chǔ)設(shè)施。數(shù)字孿生是5G物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的一個(gè)重要場景應(yīng)用。5G網(wǎng)絡(luò)的場數(shù)字孿生技術(shù)與應(yīng)用白皮書(2022版)24-海量的應(yīng)用場景和模式都是在這三者的基礎(chǔ)上衍生出來的。增強(qiáng)移動；高可靠&低時(shí)延通信將應(yīng)用于自動駕駛、移動醫(yī)療等精度要求高的行業(yè)。數(shù)字孿生便是上述應(yīng)用場景的衍生之一。數(shù)字孿生是5G賦能產(chǎn)業(yè)鏈上的重要一環(huán)。數(shù)字孿生作為5G衍景之一的萬物互聯(lián)需求強(qiáng)耦合。此外，數(shù)字孿生還是5G推動工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展過程中的助燃劑，5G時(shí)代數(shù)字孿生不可或缺。領(lǐng)域計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)是以相似原理、信息技術(shù)、系統(tǒng)技術(shù)及相應(yīng)領(lǐng)域模型對實(shí)際的或設(shè)想的系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)研究的一門綜合性技術(shù)。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)具有經(jīng)濟(jì)、安全、可重復(fù)和不受氣候、場地、時(shí)間限制的優(yōu)勢，被稱為除理論推導(dǎo)和科學(xué)試驗(yàn)之外的人類認(rèn)識自然、改造自然的第三種手段。仿真是將包含了確定性規(guī)律和完整機(jī)理的模型轉(zhuǎn)化成軟件的方式來模擬物理世界的一種技術(shù)。只要模型正確，并擁有了完整的輸入信息和環(huán)境數(shù)據(jù)，就可以基本正確地反映物理世界的特性和參數(shù)。如果說建模是模型化人類對物理世界或問題的理解，那么仿真就是驗(yàn)證數(shù)字孿生技術(shù)與應(yīng)用白皮書(2022版)25-和確認(rèn)這種理解的正確性和有效性。所以，數(shù)字化模型的仿真技術(shù)是創(chuàng)建和運(yùn)行數(shù)字孿生、保證數(shù)字孿生與對應(yīng)物理實(shí)體實(shí)現(xiàn)有效閉環(huán)的要反過來實(shí)時(shí)驅(qū)動它，甚至進(jìn)化為先知、先覺。信息物理系統(tǒng)(CyberPhysicalSystems，簡稱CPS)作為計(jì)算進(jìn)程和物理進(jìn)程的統(tǒng)一體，是集成計(jì)算、通信與控制于一體的下一代智能系統(tǒng)。信息物理系統(tǒng)通過人機(jī)交互接口實(shí)現(xiàn)和物理進(jìn)程的交互，使用網(wǎng)絡(luò)化空間以遠(yuǎn)程的、可靠的、實(shí)時(shí)的、安全的、協(xié)作的方式操控一個(gè)物理實(shí)體。信息物理系統(tǒng)包含了將來無處不在的環(huán)境感知、嵌入式計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)通信和網(wǎng)絡(luò)控制等系統(tǒng)工程，使物理系統(tǒng)具有計(jì)算、通信、精確控制、遠(yuǎn)程協(xié)作和自治功能。它注重計(jì)算資源與物理資源的緊密結(jié)合與協(xié)調(diào)，主要用于一些智能系統(tǒng)上如設(shè)備互聯(lián)，物聯(lián)傳感，智能家居，機(jī)器人，智能導(dǎo)航等。CPS是在環(huán)境感知的基礎(chǔ)上，深度融合計(jì)算、通信和控制能力的可控可信可擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)化物理設(shè)備系統(tǒng)，它通過計(jì)算進(jìn)程和物理進(jìn)程相互影響的反饋循環(huán)實(shí)現(xiàn)深度融合和實(shí)時(shí)交互來增加或擴(kuò)展新的功能，以安全、可靠、高效和實(shí)時(shí)的方式檢測或者控制一個(gè)物理實(shí)體。在構(gòu)成上，CPS和數(shù)字孿生都涉及物理世界和信息世界。通過信數(shù)字孿生技術(shù)與應(yīng)用白皮書(2022版)26-息物理交互和控制，CPS和數(shù)字孿生都實(shí)現(xiàn)了對物理世界的精確管理和數(shù)字孿生的功能實(shí)現(xiàn)方面，傳感器和執(zhí)行器支持物理世界和信息世界之間的交互以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和控制交換。相比之下，模型在數(shù)字孿生中起著重要的作用，有助于根據(jù)各種數(shù)據(jù)解釋和預(yù)測物理世界的行為。由于它們具有不同的側(cè)重點(diǎn)，CPS和數(shù)字孿生在每個(gè)級別上具有不同的組成部分。實(shí)和混合現(xiàn)實(shí)tedRealityARMixReality簡稱MR)等技術(shù)在近幾年發(fā)展迅速，而且在以上各個(gè)場景中都有重要應(yīng)用價(jià)值。1.增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)用到真實(shí)世界，真實(shí)的環(huán)境和虛擬的物體實(shí)時(shí)地疊加到了同一個(gè)畫面或空間中。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)提供了在一般情況下，不同于人類可以感知的信息，不僅展現(xiàn)了真實(shí)世界的信息，而且將虛擬的信息同時(shí)顯示出來，兩種信息相互補(bǔ)充、疊加。2.混合現(xiàn)實(shí)數(shù)字孿生技術(shù)與應(yīng)用白皮書(2022版)27-混合現(xiàn)實(shí)指的是合并現(xiàn)實(shí)和虛擬世界而產(chǎn)生的新的可視化環(huán)境。MR法，還提供了新的輸入實(shí)世界、虛擬世界和用戶之間搭起一個(gè)交互反饋的信息回路，以增強(qiáng)用戶體驗(yàn)的真實(shí)感。無論是虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)還是混合現(xiàn)實(shí)，在數(shù)字孿生的各個(gè)場景中都有巨大的應(yīng)用潛力。人類通過屏幕與數(shù)字世界交互不僅不直觀、不真實(shí)，而且交互深度受到巨大限制。這三種技術(shù)提供的深度沉浸的交互方式讓人類與數(shù)字世界的交互方式與物理世界交互方式類似，使數(shù)字化的世界在感官和操作體驗(yàn)上更加接近物理世界，讓“孿生”一詞變得更為精妙。但在數(shù)字世界中，人類又具有超人般的特異功能，大小等，這將數(shù)字孿生的應(yīng)用推向了極致。元宇宙(Metaverse)一詞可以追溯到尼爾?斯蒂芬森和他的反烏托邦賽博朋克小說《雪崩》。小說描繪了一個(gè)龐大的虛擬現(xiàn)實(shí)世界—位。這部小說于1992年發(fā)行，與威廉?吉布森的《神經(jīng)漫游者》一起被認(rèn)為是該類型的經(jīng)典，后者描述了一種稱為矩陣的虛擬現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)空間?！霸纭痹谟⑽脑薪凶觥癕etaverse”。它由Meta和Verse數(shù)字孿生技術(shù)與應(yīng)用白皮書(2022版)28-兩個(gè)詞根組成，Meta表示“超越”、“元”，Verse表示“宇宙universe”。元宇宙以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為核心，擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)(ExtendedReality，簡稱XR)作為實(shí)現(xiàn)元宇宙的重要技術(shù)路徑。XR是AR/VR/MR等各種形式的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的總稱。它分為多個(gè)層次，包括通過有限傳感器輸入的虛擬世界到完全沉浸式的虛擬世界。的核心基礎(chǔ)。“元宇宙”概念的興起為數(shù)字孿生提供了更為集成的應(yīng)用場景和催生出一系列新技術(shù)、新業(yè)態(tài)、新模式，進(jìn)一步提高社會生產(chǎn)效率，促進(jìn)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)迭代升級。的高級形態(tài)。數(shù)字孿生更多地關(guān)注于物理實(shí)體，而元宇宙聚焦的是人類和人類社會。不過人們可以充分利用元宇宙的映射技術(shù)完成對現(xiàn)實(shí)世界的映射孿生，使兩者實(shí)現(xiàn)最大限度地交互。元宇宙結(jié)合了互聯(lián)網(wǎng)、游戲、社交網(wǎng)絡(luò)和虛擬技術(shù)等，所有這些技術(shù)融合在一起，造就了一種全新的、身臨其境的數(shù)字生活。想要構(gòu)建一個(gè)與現(xiàn)實(shí)世界高度貼合甚至是超越現(xiàn)實(shí)世界的“元宇宙”，前提數(shù)字孿生技術(shù)與應(yīng)用白皮書(2022版)29-需要大量的數(shù)據(jù)模擬和強(qiáng)大的算力來1:1創(chuàng)造一個(gè)虛擬世界，關(guān)鍵的核心則是數(shù)字孿生，而數(shù)字孿生也會成為構(gòu)建元宇宙的核心技術(shù)之一，甚至可以說是元宇宙的基石。數(shù)字孿生技術(shù)的成熟度，決定了元宇宙在虛實(shí)映射與虛實(shí)交互所能支撐的完整性。數(shù)字孿生技術(shù)與應(yīng)用白皮書(2022版)30-2.1應(yīng)用發(fā)展方向數(shù)字孿生是近年來興起的非常前沿的新技術(shù)，或者說最近幾年才走入民用領(lǐng)域的一項(xiàng)技術(shù)。對數(shù)字孿生的簡單理解就是利用物理模型相對應(yīng)的實(shí)體的全生命周期過程；數(shù)字孿生技術(shù)可以理解為通過傳感器或者其他形式的監(jiān)測技術(shù)，將物理實(shí)體空間借助于計(jì)算機(jī)技術(shù)手段物都將可以使用數(shù)字孿生技術(shù)進(jìn)行復(fù)制。生產(chǎn)、維護(hù)及維修等環(huán)節(jié)的變革。在對數(shù)字孿生技術(shù)研究探索的基礎(chǔ)間通信網(wǎng)絡(luò)、船舶、車輛、發(fā)電廠、飛機(jī)、復(fù)雜機(jī)電裝備、立體倉庫、醫(yī)療、制造車間、智慧城市、智能家居、智能物流、建筑、遠(yuǎn)程監(jiān)測、人體健康管理領(lǐng)域中產(chǎn)生巨大影響與改變。1.衛(wèi)星/空間通信網(wǎng)絡(luò)大的研究意義和應(yīng)用前景?？臻g信息網(wǎng)絡(luò)由于節(jié)點(diǎn)及鏈路動態(tài)時(shí)變、數(shù)字孿生技術(shù)與應(yīng)用白皮書(2022版)31-網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)管控、動態(tài)組網(wǎng)機(jī)理、時(shí)變網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)确矫鎸W(wǎng)絡(luò)建設(shè)提出了重大挑戰(zhàn)。將數(shù)字孿生技術(shù)引入空間通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建中，參照數(shù)字孿生五維模型，構(gòu)建數(shù)字孿生衛(wèi)星(單元級)、數(shù)字孿生衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)(系統(tǒng)級)及數(shù)字孿生空間信息網(wǎng)絡(luò)(復(fù)雜系統(tǒng)級)，搭建數(shù)字孿生空間信息網(wǎng)絡(luò)管理平臺，可實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星的全生命周期管控、時(shí)變衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化組網(wǎng)及空間信息網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建與優(yōu)化。衛(wèi)星作為高成本的復(fù)雜航天產(chǎn)品，其設(shè)計(jì)、總裝等過程一直存在與維修維護(hù)也是一項(xiàng)難以解決的技術(shù)難題。數(shù)字孿生衛(wèi)星，即可很好的完成衛(wèi)星的全生命周期管控，解決上述難題。衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)高速運(yùn)行、鏈路動態(tài)變化，對衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時(shí)變重構(gòu)提出了極高的要求。構(gòu)建數(shù)字孿生衛(wèi)星時(shí)變網(wǎng)絡(luò)，是借助高擬真的網(wǎng)絡(luò)模型和相關(guān)協(xié)議及算法，結(jié)合衛(wèi)星當(dāng)前狀態(tài)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)此實(shí)現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)行為的高精度仿真，實(shí)時(shí)輔助衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞臉?gòu)建?，F(xiàn)空間信息網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建與優(yōu)化。2.船舶數(shù)字孿生技術(shù)與應(yīng)用白皮書(2022版)32-面對全球制造業(yè)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級趨勢，設(shè)計(jì)能力落后、運(yùn)維管控?cái)?shù)字化水平低、配套產(chǎn)業(yè)發(fā)展滯后等問題仍制約著船舶行業(yè)的發(fā)展。將數(shù)字孿生的船舶設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)維、使用等全生命周期一體化管控，是解決上述問題的有效手段。針對上述問題將數(shù)字孿生技術(shù)引入船舶設(shè)計(jì)中，大量的船舶數(shù)字?jǐn)?shù)字孿生建模技術(shù)及模型融合理論，能夠?yàn)楦鲗W(xué)科模型的構(gòu)建與融合加快設(shè)計(jì)速度、提高設(shè)計(jì)精度。造的質(zhì)量影響著產(chǎn)品的最終性能、質(zhì)量、研制周期及成本。設(shè)計(jì)脫節(jié)、零件管理復(fù)雜、二維工藝文件直觀性差等問題。搭建基于數(shù)字孿生的船舶智能建造系統(tǒng)，將數(shù)字孿生船舶設(shè)計(jì)與工藝仿真結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場的實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)字化管理和工藝優(yōu)化，同時(shí)以三維工藝文件的形式輔助工人操作，并將工人裝配經(jīng)驗(yàn)和知識轉(zhuǎn)化為知識庫，可用于后續(xù)的工藝指導(dǎo)和仿真訓(xùn)練。船舶艙內(nèi)信息相對封閉，艙外環(huán)境復(fù)雜多變，航行時(shí)難以監(jiān)控。統(tǒng)調(diào)度缺乏數(shù)字化統(tǒng)一管控。針對以上現(xiàn)狀，結(jié)合數(shù)字孿生技術(shù)搭建數(shù)字孿生技術(shù)與應(yīng)用白皮書(2022版)33-化策略，輔助船員控制航行。安全運(yùn)維對船舶具有極其重要的意義，準(zhǔn)確有效的運(yùn)維方法能夠大大提高船舶故障預(yù)測、健康管理的效率成本。目前，對船舶整體結(jié)構(gòu)的故障預(yù)測與健康管理的工作相對不足，既受限于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的缺乏，同時(shí)在理論方法上也有著大量不足?；跀?shù)字孿生的船舶故障預(yù)測與健康管理，能夠基于動態(tài)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集狀態(tài)，進(jìn)行預(yù)測維修。3.車輛車輛作為人類最主要的交通工具，具有一個(gè)涵蓋材料科學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)、控制科學(xué)等多學(xué)科的復(fù)雜系統(tǒng)。在多樣化的工作條件下，車輛的殼體材料、內(nèi)部構(gòu)造、零部件及功能等在工作過程中均可能出現(xiàn)異常狀況。不同的毀傷源(如碰撞、粉塵、外部攻擊等)會對車輛造成不同程度的影響，因此需要對車輛進(jìn)行抗毀傷性能評估?，F(xiàn)階段對車輛抗毀傷性能評估一般采用物理模擬毀傷的方式，但是這種方式費(fèi)用高且精度低、置信度差。參照數(shù)字孿生五維模型提出一種基于數(shù)字孿生技術(shù)的車輛抗毀傷評估方法，從材料、結(jié)構(gòu)、零部件及功能等多維度對車輛的抗毀傷性能進(jìn)行綜合評價(jià)?；跀?shù)字孿生的車輛抗毀傷性能評估是通過對實(shí)體車輛與虛擬車輛的實(shí)時(shí)信息交互與雙向真實(shí)映射，實(shí)現(xiàn)物理車輛、虛擬車輛及服務(wù)的全生命周期、全要素、全業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的集成和融合，從而提供可靠數(shù)字孿生技術(shù)與應(yīng)用白皮書(2022版)34-動態(tài)實(shí)時(shí)連接及服務(wù)部分組成。物理車輛由車輛本身及其傳感系統(tǒng)共同組成，傳感系統(tǒng)從車輛實(shí)體中采集毀傷相關(guān)數(shù)據(jù)并傳遞到虛擬空間，支持虛擬車輛的高精度仿真。物理數(shù)據(jù)與虛擬數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，從而進(jìn)行虛擬車輛抗毀傷性能的特征提取并輔助模型的構(gòu)建。虛擬模型是包含幾何模型、物理模型、行為模型及規(guī)則模型的多維度融合的高保真模型，能夠真實(shí)刻畫和映射物理車輛的狀態(tài)。動態(tài)實(shí)時(shí)連接是在現(xiàn)代體車輛、虛擬車輛、服務(wù)等之間的實(shí)時(shí)信息交互。車輛抗毀傷性能評估是整合車輛的歷史數(shù)據(jù)及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理、評估，從車輛的材料、結(jié)構(gòu)、零部件、功能等方面進(jìn)行多維度的綜合分析?；跀?shù)字孿生，車輛能夠?qū)崿F(xiàn)對其材料性能、結(jié)構(gòu)變化、零部件完整性及功能運(yùn)行進(jìn)行精確仿真，從而對車輛的抗毀傷狀態(tài)進(jìn)行精準(zhǔn)預(yù)測與可靠評估，使車輛的毀傷情況和抗毀傷性能得到更加全面和深此外，相關(guān)數(shù)據(jù)的積累能夠促進(jìn)下一代車輛產(chǎn)品抗毀傷性能的改。4.火力發(fā)電廠火力發(fā)電是目前我國最主要的發(fā)電方式。由于火力發(fā)電廠需要長穩(wěn)定供給及電力系統(tǒng)的可靠與安全具有至關(guān)重要的意義。為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，北京必可測科技股份有限公司開發(fā)了基于數(shù)字孿生的發(fā)電廠智數(shù)字孿生技術(shù)與應(yīng)用白皮書(2022版)35-能管控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了汽輪發(fā)電機(jī)組軸系可視化智能實(shí)時(shí)監(jiān)控、可視化大型轉(zhuǎn)機(jī)在線精密診斷、地下管網(wǎng)可視化管理及可視化三維作業(yè)指導(dǎo)等應(yīng)用服務(wù)。汽輪發(fā)電機(jī)組軸系可視化智能實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)基于采集的汽輪機(jī)軸系實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)及專家經(jīng)驗(yàn)等，在虛擬空間構(gòu)建了高仿真度的軸系三維可視化虛擬模型，從而能夠觀察汽輪機(jī)內(nèi)部的運(yùn)行狀態(tài)。該系統(tǒng)能夠?qū)ζ啓C(jī)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)評估，從而準(zhǔn)確預(yù)警并防止汽輪機(jī)超速、汽輪機(jī)斷軸、大軸承永久彎曲、燒瓦、油膜失穩(wěn)等事故，幫助優(yōu)化軸承設(shè)計(jì)、優(yōu)化閥序及開度、優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)，從而大大提高汽輪發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行可靠度?？梢暬笮娃D(zhuǎn)機(jī)在線精密診斷系統(tǒng)基于構(gòu)建的大型轉(zhuǎn)機(jī)虛擬模型及孿生數(shù)據(jù)分析結(jié)果，可以實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程地顯示設(shè)備狀態(tài)、元件狀態(tài)、問題嚴(yán)重程度、故障描述、處理方法等信息，能夠?qū)崿F(xiàn)對設(shè)備的遠(yuǎn)程在線診斷。工廠運(yùn)維人員能夠訪問在線系統(tǒng)報(bào)警所發(fā)出的電子郵件、頁面和動態(tài)網(wǎng)頁，并能夠通過在線運(yùn)行的虛擬模型查看轉(zhuǎn)機(jī)狀態(tài)的詳?shù)叵鹿芫W(wǎng)可視化管理系統(tǒng)運(yùn)用激光掃描技術(shù)并結(jié)合平面設(shè)計(jì)圖，建立完整、精確的地下管網(wǎng)三維模型。該模型可以真實(shí)地顯示所有掃屬性信息及管道上的設(shè)備、連接頭等信息進(jìn)行錄入?；谠撃Ｐ蛯?shí)現(xiàn)的地下管網(wǎng)可視化系統(tǒng)不僅能夠三維地顯示、編輯、修改、更新地下管網(wǎng)系統(tǒng)，還可對地下管網(wǎng)有關(guān)圖形、屬性信息進(jìn)行查詢、分析、統(tǒng)數(shù)字孿生技術(shù)與應(yīng)用白皮書(2022版)36-計(jì)與檢索等?？梢暬S作業(yè)指導(dǎo)系統(tǒng)基于設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、領(lǐng)域知識及三維激光掃描技術(shù)等來建立完整、精確的設(shè)備三維模型。該模規(guī)范員工的作業(yè)；可以作為員工培訓(xùn)和考核的工具。基于數(shù)字孿生的發(fā)電廠智能管控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對關(guān)鍵設(shè)備的透視化監(jiān)測、故障精密遠(yuǎn)程診斷、可視化管理及員工作業(yè)精準(zhǔn)模擬等，能夠滿足設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測、遠(yuǎn)程診斷、運(yùn)維等各項(xiàng)需求，并實(shí)現(xiàn)了與用戶之間直觀的可視化交互。5.飛機(jī)飛機(jī)總體設(shè)計(jì)是飛機(jī)研制的根基，現(xiàn)階段的飛機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)仍存在變量耦合度高、數(shù)據(jù)缺乏、指標(biāo)獲取困難等問題。作為飛機(jī)重要的承機(jī)的安全與可靠性有著重要意義。字孿生五維模型，探索了基于數(shù)字孿生的飛機(jī)起落架載荷預(yù)測輔助優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。在飛機(jī)的著陸與滑跑過程中，起落架和飛機(jī)機(jī)身都將承受很大的沖擊載荷，其中垂直方向的沖擊載荷被認(rèn)為是影響飛機(jī)起落架結(jié)構(gòu)疲勞損傷的重要因素，對起落架的設(shè)計(jì)也起到關(guān)鍵性輔助及指導(dǎo)作用。數(shù)字孿生技術(shù)與應(yīng)用白皮書(2022版)37-垂直沖擊載荷的影響因素眾多并相互耦合，其主要影響因素與載荷是一種復(fù)雜的非線性關(guān)系，傳統(tǒng)的基于內(nèi)部機(jī)理分析為基礎(chǔ)的建模方法很難建立起落架載荷的精確模型。將數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用于載荷預(yù)測，是在建立起落架數(shù)字孿生五維模型的基礎(chǔ)上，獲得與載荷密切相關(guān)的物理數(shù)據(jù)(如當(dāng)量質(zhì)量、垂直速度、攻角等)、虛擬數(shù)據(jù)(如緩沖壓力、緩沖器行程、效率系數(shù)等)及融合數(shù)據(jù)，并利用現(xiàn)有的數(shù)據(jù)融合行起落架結(jié)構(gòu)優(yōu)化計(jì)算，最終通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化達(dá)到減輕重量、提高可靠性、提高設(shè)計(jì)效率、降低設(shè)計(jì)成本等目標(biāo)。在已存在設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化來自消費(fèi)者的需求與意見結(jié)合后，若起落架迭代判斷無需優(yōu)化則無需重新設(shè)計(jì)，若需要進(jìn)行起落架結(jié)構(gòu)更新則進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)過程主要分為建立目標(biāo)函數(shù)、確定設(shè)計(jì)變量、明確設(shè)計(jì)約束等步計(jì)進(jìn)行迭代改進(jìn)與測試。若滿足設(shè)計(jì)需求則最終形成新設(shè)計(jì)，若不滿足則重復(fù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)步驟直至得到滿足設(shè)計(jì)需求且具有可行性的采用數(shù)字孿生技術(shù)后，可綜合大量的試驗(yàn)、實(shí)測、計(jì)算案例進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)仿真，并將以往的真實(shí)測試環(huán)境參數(shù)融入起落架模型設(shè)計(jì)。對部分在傳統(tǒng)起落架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中需大量人力、物力實(shí)驗(yàn)才可測得迭代設(shè)計(jì)步驟并提升了設(shè)計(jì)效率。經(jīng)過計(jì)算和分析后，若結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)數(shù)字孿生技術(shù)與應(yīng)用白皮書(2022版)38-計(jì)評估結(jié)果收斂，則可生成結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。6.復(fù)雜機(jī)電裝備復(fù)雜、運(yùn)行周期長、工作環(huán)境惡劣等特點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)復(fù)雜機(jī)電裝備的失效預(yù)測、故障診斷、維修維護(hù)，保證復(fù)雜機(jī)電裝備的高效、可靠、安全運(yùn)行，對整個(gè)電力系統(tǒng)極為重要。故障預(yù)測與健康管理(PrognosticsandHealthManagement，簡稱PHM)技術(shù)可利用各類傳感器及數(shù)據(jù)處理方法，對設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、故障預(yù)測、維修決策等進(jìn)行綜合考慮與集成，從而提升設(shè)備的使用壽命與可靠性。然而，現(xiàn)階段的PHM技術(shù)存在模型不準(zhǔn)確、數(shù)據(jù)不全面、虛實(shí)交互不充分等問題，這些問題究其根本是缺乏了信息物理的深度融合。將數(shù)字孿生五維模型引入PHM中，首先對物理實(shí)體建立數(shù)字孿生五維模對漸發(fā)性與突發(fā)性故障進(jìn)行預(yù)測與識別，最后根據(jù)故障原因及動態(tài)仿真驗(yàn)證結(jié)果進(jìn)行維修策略的設(shè)計(jì)。該方法在風(fēng)力發(fā)電機(jī)的健康管理上進(jìn)行了應(yīng)用探討。在物理風(fēng)機(jī)的齒輪箱、電機(jī)、主軸、軸承等關(guān)鍵零部件上部署相關(guān)傳感器可進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集與監(jiān)測。基于采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、風(fēng)機(jī)的歷史數(shù)據(jù)及領(lǐng)域知識等可對虛擬風(fēng)機(jī)的幾何—物理—行為—規(guī)則多維虛擬模型進(jìn)行構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)對物理風(fēng)機(jī)的虛擬映射?；谖锢盹L(fēng)機(jī)與虛擬風(fēng)機(jī)的同步運(yùn)行與交互，可通過物理與仿真狀態(tài)交互與對比、物理與仿真數(shù)據(jù)融合分析，以及虛擬模型驗(yàn)證分別實(shí)現(xiàn)面向物理風(fēng)機(jī)數(shù)字孿生技術(shù)與應(yīng)用白皮書(2022版)39-的狀態(tài)檢測、故障預(yù)測及維修策略設(shè)計(jì)等功能。這些功能可封裝成服務(wù)，并以應(yīng)用軟件的形式提供給用戶?；跀?shù)字孿生五維模型的PHM方法可利用連續(xù)的虛實(shí)交互、信息物理融合數(shù)據(jù)，以及虛擬模型仿真驗(yàn)證增強(qiáng)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障預(yù)測過程中的信息物理融合，從而提升PHM方法的準(zhǔn)確性與有效性。7.立體倉庫自動化立體倉庫是一種利用高層立體貨架來實(shí)現(xiàn)高效的貨物自儲技術(shù)、精準(zhǔn)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)信息管理系統(tǒng)于一身，是現(xiàn)代物流系統(tǒng)的重要組成部分。但目前用傳統(tǒng)方法設(shè)計(jì)的立體倉庫仍然存在著出庫調(diào)度效率低、倉庫利用率低、吞吐量低等問題?；跀?shù)字孿生五維模型可為立體倉庫的再設(shè)計(jì)優(yōu)化、遠(yuǎn)程運(yùn)維及共享等問題提供有效解決方案。通過建立立體倉庫中各個(gè)設(shè)備的數(shù)字孿生五維模型，依托設(shè)計(jì)演示平臺實(shí)現(xiàn)近物理的半實(shí)物仿真設(shè)計(jì)。利用該平臺，可以對倉庫布局進(jìn)行三維圖像設(shè)計(jì)，同時(shí)基于貨架設(shè)備、運(yùn)輸設(shè)備、機(jī)器人設(shè)備等進(jìn)行半實(shí)物仿真驗(yàn)證，并完成幾何建模、動作腳本編寫、指令接口與信息接口定義，實(shí)現(xiàn)模塊化封裝和定制模型借助立體倉庫及其設(shè)備的數(shù)字孿生五維模型，搭建面向用戶的遠(yuǎn)程運(yùn)維服務(wù)平臺，可實(shí)現(xiàn)基于數(shù)字孿生的立體倉庫遠(yuǎn)程運(yùn)維。通過建立與立體倉庫完全映射的虛擬模型，結(jié)合立體倉庫的數(shù)據(jù)信息及各類數(shù)字孿生技術(shù)與應(yīng)用白皮書(2022版)40-與信息監(jiān)控的同時(shí)，將貨存管理、貨位管理、費(fèi)用管理、預(yù)警管理、預(yù)測性維護(hù)、作業(yè)調(diào)度等功能以軟件服務(wù)的形式提供給不同需求的使基于數(shù)字孿生的共享立體倉庫是連接倉儲資源供需的最優(yōu)化資源配置的一種新方式。共享立體倉庫首先將閑置的倉儲設(shè)施、搬運(yùn)設(shè)后上傳到共享倉庫服務(wù)管理云平臺進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度與管理，平臺將這些資源以分享的形式按需提供給需要使用的企業(yè)和個(gè)人，以期達(dá)到效用均衡。共享立體倉庫不僅節(jié)省了企業(yè)和個(gè)人的資金投入，緩解了存儲的最大化有效利用，節(jié)省資源，降低成本。8.醫(yī)療隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生活水平的提高，人們越來越意識到健康的重要性。然而，疾病預(yù)防缺、患者看病難、醫(yī)生任務(wù)重、手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)大等問題依然困擾著醫(yī)療服務(wù)的發(fā)展。數(shù)字孿生技術(shù)的進(jìn)步和應(yīng)用使其成為了改變醫(yī)療行業(yè)現(xiàn)狀的有效切入點(diǎn)。未來，每個(gè)人都將擁有自己的人體數(shù)字孿生。結(jié)合醫(yī)療設(shè)備數(shù)字孿生(如手術(shù)床、監(jiān)護(hù)儀、治療儀等)與醫(yī)療輔助設(shè)備數(shù)字孿41-生(如人體外骨骼、輪椅、心臟支架等)，數(shù)字孿生將成為個(gè)人健康療服務(wù)的新平臺和新實(shí)驗(yàn)手段?；跀?shù)字孿生五維模型，數(shù)字孿生醫(yī)療系統(tǒng)主要由以下部分組成。通過各種新型醫(yī)療檢測和掃描儀器及可穿戴設(shè)備，可對生物人體進(jìn)行動靜態(tài)多源數(shù)據(jù)采集。基于采集的多時(shí)空尺度、多維數(shù)據(jù)，通過建?？赏昝赖貜?fù)制出虛擬人體。其中，由幾何模型體現(xiàn)人體的外形和內(nèi)部器官的外觀和尺寸；物理模型體現(xiàn)的是神經(jīng)、血管、肌肉、骨骼秒、微秒數(shù)量級的多時(shí)間尺度展現(xiàn)人體生化指標(biāo)。醫(yī)療數(shù)字孿生數(shù)據(jù)有來自生物人體的數(shù)據(jù)，包括CT、核磁、心電圖、彩超等醫(yī)療檢測和掃描儀器檢測的數(shù)據(jù)，血常規(guī)、尿檢、生物史/統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和醫(yī)療記錄等。這些數(shù)據(jù)融合產(chǎn)生診斷結(jié)果和治療方案?；谔搶?shí)結(jié)合的人體數(shù)字孿生，醫(yī)療數(shù)字孿生提供的服務(wù)包括健康狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控、專家遠(yuǎn)程會診、虛擬手術(shù)驗(yàn)證與訓(xùn)練、醫(yī)生培訓(xùn)、手術(shù)輔助、藥物研發(fā)等。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)連接保證了物理虛擬的一致性，為診斷和治療提供了綜合數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，提高了診斷準(zhǔn)確性、手術(shù)成功率。基于人體數(shù)字孿生，醫(yī)護(hù)人員可通過各類感知方式獲取人體動靜態(tài)多源數(shù)據(jù)，以此來預(yù)判人體患病的風(fēng)險(xiǎn)及概率。依據(jù)反饋的信息，人們可以及時(shí)了解自己的數(shù)字孿生技術(shù)與應(yīng)用白皮書(2022版)42-習(xí)生可使用頭戴顯示器在虛擬人體上預(yù)實(shí)施手術(shù)方案驗(yàn)證，如同置身進(jìn)到滿意為止。借助人體數(shù)字孿生還可以訓(xùn)練和培訓(xùn)醫(yī)護(hù)人員，以提高醫(yī)術(shù)技巧預(yù)測潛藏的出血隱患，有助于臨場的準(zhǔn)備與應(yīng)變。擬模擬進(jìn)行藥物實(shí)驗(yàn)和臨床實(shí)驗(yàn)，可以大幅度降低藥物研發(fā)周期。醫(yī)9.制造車間車間是制造業(yè)的基礎(chǔ)單元，實(shí)現(xiàn)車間的數(shù)字化和智能化是實(shí)現(xiàn)智信息系統(tǒng)構(gòu)建、數(shù)據(jù)集成、虛擬建模及仿真等方面獲得了快速發(fā)展，在此基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)車間信息與物理空間的互聯(lián)互通與進(jìn)一步融合將是車間的發(fā)展趨勢，也是實(shí)現(xiàn)車間智能化生產(chǎn)與管控的必經(jīng)之路。將數(shù)字孿生技術(shù)引入車間，目的是實(shí)現(xiàn)車間信息與物理空間的實(shí)時(shí)交互與深度融合。數(shù)字孿生車間包括物理車間、虛擬車間、車間服數(shù)字孿生技術(shù)與應(yīng)用白皮書(2022版)43-務(wù)系統(tǒng)、車間孿生數(shù)據(jù)及兩兩之間的連接。在融合的孿生數(shù)據(jù)的驅(qū)動間管理、計(jì)劃與控制達(dá)到最優(yōu)。車間的設(shè)備健康管理方法主要包括基于物理設(shè)備與虛擬模型實(shí)時(shí)交互與比對的設(shè)備狀態(tài)評估、信息物理融合數(shù)據(jù)驅(qū)動的故障診斷與預(yù)測，以及基于虛擬模型動態(tài)仿真的維修策略設(shè)計(jì)與驗(yàn)證等步驟?；跀?shù)字孿生技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對車間設(shè)備性能退化的及時(shí)捕捉、故障原因的準(zhǔn)確定位，以及維修策略的合理驗(yàn)證。在能耗分析方面，信息物理數(shù)據(jù)間的相互校準(zhǔn)與融合可以提高能耗優(yōu)化方面，基于虛擬模型實(shí)時(shí)仿真可通過對設(shè)備參數(shù)、工藝流程及用基于孿生數(shù)據(jù)挖掘產(chǎn)生的動態(tài)更新的規(guī)則與約束對實(shí)際能耗進(jìn)行多層次、多階段的動態(tài)評估。數(shù)字孿生能提高車間動態(tài)調(diào)度的可靠性與有效性?；谛畔⑽锢砣诤蠑?shù)據(jù)能準(zhǔn)確預(yù)測設(shè)備的可用性，從而降程中出現(xiàn)的擾動因素(如設(shè)備突發(fā)故障、緊急插單、加工時(shí)間延長等)計(jì)劃執(zhí)行前驗(yàn)證調(diào)度策略，保證調(diào)度的合理性。對生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)全面的狀態(tài)感知，滿足虛擬模型實(shí)時(shí)自主決策對數(shù)據(jù)的需求，通過對控制目標(biāo)的評估與預(yù)測產(chǎn)生相應(yīng)的控制策略，并對其進(jìn)行仿真驗(yàn)證。當(dāng)實(shí)際生產(chǎn)過程與仿真過程出現(xiàn)不一致時(shí)，基數(shù)字孿生技術(shù)與應(yīng)用白皮書(2022版)44-于融合數(shù)據(jù)對其原因進(jìn)行分析挖掘，并通過調(diào)控物理設(shè)備或校正虛擬模型實(shí)現(xiàn)二者的同步與雙向優(yōu)化。10.智慧城市城市是一個(gè)開放龐大的復(fù)雜系統(tǒng)，具有人口密度大、基礎(chǔ)設(shè)施密集、子系統(tǒng)耦合等特點(diǎn)。如何實(shí)現(xiàn)對城市各類數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)監(jiān)控，圍繞城市的頂層設(shè)計(jì)、規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)營、安全、民生等多方面對城市進(jìn)行高效管理，是現(xiàn)代城市建設(shè)的核心。河道等各層面的傳感器布設(shè)，可對城市運(yùn)行的狀態(tài)充分感知、動態(tài)監(jiān)通過數(shù)字化建模建立與物理城市相對應(yīng)的虛擬模型，虛擬城市可模擬城市中的人、事、物、交通、環(huán)境等全方位事物在真實(shí)環(huán)境下的行為。根據(jù)城市基礎(chǔ)設(shè)施、交通、環(huán)境活動的各類痕跡，虛擬城市的模擬仿真及各類智能城市服務(wù)記錄等匯聚成城市大數(shù)據(jù)，驅(qū)動數(shù)字孿生城市發(fā)展和優(yōu)化。且在虛擬空間中得到了極大地?cái)U(kuò)充。虛實(shí)交互、協(xié)同與融合將定義城市未來發(fā)展新模式。通過數(shù)字孿生對城市進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，指引和優(yōu)化予城市生活“智慧”。數(shù)字孿生技術(shù)與應(yīng)用白皮書(2022版)45-我國政府將數(shù)字孿生城市作為實(shí)現(xiàn)智慧城市的必要途徑和有效手段，雄安新區(qū)在規(guī)劃綱要中明確指出要堅(jiān)持?jǐn)?shù)字城市與現(xiàn)實(shí)城市的同步規(guī)劃、同步建設(shè)，致力于將雄安打造為全球領(lǐng)先的數(shù)字城市。中國信息通信研究院成功舉辦了三次數(shù)字孿生城市研討會，研討數(shù)字孿生城市的內(nèi)涵特征、建設(shè)思路、總體框架、支撐技術(shù)體系等。阿里云研究中心發(fā)布《城市大腦探索“數(shù)字孿生城市”白皮書》，提出通過工智能等技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)城市運(yùn)行的生命體征感知、公共資源配置、宏觀決策指揮、事件預(yù)測預(yù)警等，賦予城市“大腦”。此外，從國外比較具有代表性的探索來看，Cityzenith為城市管理搭建了“5D智能城市平臺”，基于這個(gè)平臺，城市基礎(chǔ)設(shè)施開發(fā)過程可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字化及城市的數(shù)字化全生命周期管理。IBMWatson展示了如何在城市建筑中使用數(shù)字孿生來控制暖通空調(diào)系統(tǒng)并監(jiān)測室內(nèi)氣候條件，通過創(chuàng)建數(shù)字孿生建筑來輔助管理能源并進(jìn)行故障預(yù)測，并為技術(shù)人員提供維護(hù)、控制等服務(wù)支持。數(shù)字孿生技術(shù)是實(shí)現(xiàn)智慧城市的有效技術(shù)手段，借助數(shù)字孿生技管理和運(yùn)行，讓城市生活與環(huán)境變得更好。11.智能家居智能家居在5G時(shí)代是一個(gè)必然的技術(shù)產(chǎn)物，也可以理解為智慧城市的一個(gè)終端“細(xì)胞”，這個(gè)“細(xì)胞”是一個(gè)獨(dú)立完整的個(gè)體組織。目前制約智能家居的最大問題是“智能不智”，這其中的關(guān)鍵因素就數(shù)字孿生技術(shù)與應(yīng)用白皮書(2022版)46-用環(huán)境與設(shè)備運(yùn)用無法有效監(jiān)測，導(dǎo)致智能家居系統(tǒng)不智能。隨著家居用品智能化越來越普及，需要一個(gè)中央管理系統(tǒng)對安全系統(tǒng)、電視網(wǎng)絡(luò)、Wi-Fi、冰箱、太陽能、熱水器、廚房設(shè)備、暖氣/空調(diào)、車庫、門禁、水電煤等系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一管理、控制、監(jiān)測。以目隨著數(shù)字孿生技術(shù)的介入，用戶所使用的物理實(shí)體居住空間及其所應(yīng)用的設(shè)備借助于數(shù)字孿生技術(shù)同步到虛擬空間中，并同步實(shí)時(shí)監(jiān)測設(shè)備的運(yùn)行，以及通過虛擬模型的呈現(xiàn)進(jìn)行簡單、可視化的交互操以更有效地進(jìn)行設(shè)備的維護(hù)，保障使用時(shí)的可靠性與舒適性。12.智能物流體的數(shù)字孿生。智能可以體現(xiàn)在產(chǎn)品的實(shí)體中，也可以放到數(shù)字孿生中。物理實(shí)體與數(shù)字孿生之間，借助于5G等可靠性強(qiáng)的傳輸技術(shù)有的是使用、監(jiān)測、控制及維護(hù)的方法，當(dāng)然還可以嫁接更多的功能。而數(shù)字孿生技術(shù)對于物流產(chǎn)業(yè)而言，將為智能物流帶來重大的顛覆性器人、智能揀選模塊、無人裝車系統(tǒng)、無人卸車系統(tǒng)、無人卡車、無人機(jī)、配送機(jī)器人等物流智能物件的物理實(shí)體與數(shù)字孿生進(jìn)行關(guān)聯(lián)，數(shù)字孿生技術(shù)與應(yīng)用白皮書(2022版)47-就能夠建設(shè)智能物流系統(tǒng)控制平臺，操作數(shù)字孿生就能實(shí)時(shí)控制全程部件的運(yùn)作情況，方便今后的維修、追溯與使用。數(shù)字孿生不僅包括實(shí)體物流網(wǎng)絡(luò)物品的數(shù)字化，更包含物流系統(tǒng)本身和作業(yè)流程及設(shè)備的數(shù)字化，甚至是物流貨物本身的虛擬化。數(shù)就是將物理實(shí)體空間發(fā)生的事借助于數(shù)字孿生技術(shù)同步到虛擬空間中構(gòu)建同樣的場景，由此為各方提供更便捷、更直觀的管控服務(wù)。數(shù)孿生模型能持續(xù)積累智能物流設(shè)備與產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造相關(guān)的知識，不斷實(shí)現(xiàn)管理與調(diào)用，實(shí)現(xiàn)持續(xù)性改進(jìn)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新。13.建筑對于建筑行業(yè)，尤其是復(fù)雜建筑領(lǐng)域，數(shù)字孿生技術(shù)將成為其最核心的全過程應(yīng)用技術(shù)。但數(shù)字孿生在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用與其他領(lǐng)域的過數(shù)字化掃描實(shí)時(shí)監(jiān)測物理實(shí)體空間的施工，并將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)鏡像到數(shù)字孿生空間進(jìn)行驗(yàn)證。簡單的理解就是先有虛擬空間，再借助掃描技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測物理實(shí)體空間的施工技術(shù)、工藝、進(jìn)度等，通過數(shù)字孿生鏡像校驗(yàn)物理實(shí)體數(shù)字孿生技術(shù)與應(yīng)用白皮書(2022版)48-生技術(shù)能夠從根本意義上有效防范施工偏差，保障工程全過程的有效性?？梢哉f，建筑行業(yè)將會是數(shù)字孿生技術(shù)的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域。14.遠(yuǎn)程監(jiān)測通過數(shù)字孿生技術(shù)，人們可以精確地了解這些實(shí)體設(shè)備的運(yùn)行方統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)故障預(yù)判和及時(shí)維修。數(shù)字孿生技術(shù)真正的價(jià)值在于虛實(shí)混合的控制，即借助于數(shù)字孿生技對物理實(shí)體空間進(jìn)行控制與管理。正如第5章中機(jī)駕駛都可以借助數(shù)字孿生技術(shù)控制實(shí)體飛機(jī)的駕駛與飛行。通過數(shù)遠(yuǎn)程緊急命令都將因數(shù)字孿生技術(shù)的存在而成為管理的常用詞匯。15.人體健康管理從孩子出生的那一刻開始，在虛擬空間中有一個(gè)鏡像的“孩子”存在。人們借助于各種新型醫(yī)療檢測和掃描儀器及可穿戴設(shè)備，不僅可以完美地復(fù)制出一個(gè)數(shù)字化身體，并可以追蹤這個(gè)數(shù)字化身體每一部分的運(yùn)動與變化，從而更好地進(jìn)行健康監(jiān)測和管理。不僅如此，人類每天攝入的食物、接觸的環(huán)境、工作的變化、情緒的波動都會被記錄在數(shù)字孿生中，而醫(yī)生與醫(yī)學(xué)研究人員則可以通過這些數(shù)據(jù)對人類的身體展開研究，包括環(huán)境與食物、藥物對人類身體健康狀況的影響等。當(dāng)然還包括更為深入的腦機(jī)接口技術(shù)所衍生出數(shù)字孿生技術(shù)與應(yīng)用白皮書(2022版)49-的人類大腦的數(shù)字孿生。醫(yī)生可以借助于腦機(jī)接口，通過數(shù)字孿生技術(shù)實(shí)時(shí)呈現(xiàn)、控制、干預(yù)人們的大腦活動，包括一些由大腦神經(jīng)引發(fā)的疾病，都可以借助于數(shù)字孿生技術(shù)得到更有效的診治。當(dāng)然，人們還可以借助于數(shù)字孿生技術(shù)讓人與人之間實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的我在哪里，我都將時(shí)刻陪伴在你身邊”將成為一種可能與現(xiàn)實(shí)。數(shù)字孿生技術(shù)將隨著該技術(shù)的不斷成熟與普及，拓展更多的應(yīng)用生技術(shù)對于大多數(shù)人而言還是一項(xiàng)相對陌生的技術(shù)，但正如人類當(dāng)前改變?nèi)祟惏l(fā)現(xiàn)、認(rèn)知和改造世界的方式。2.2產(chǎn)業(yè)發(fā)展驅(qū)動.2.1政策支持2020年，“新基建”首次寫入中央政府工作報(bào)告，在對于該項(xiàng)熱點(diǎn)的討論中，“數(shù)字孿生”被不少代表和委員提及。2020年4月，國家發(fā)改委印發(fā)《關(guān)于推進(jìn)“上云用數(shù)賦智”行動，培育新經(jīng)濟(jì)發(fā)展實(shí)施方案》中，方案提出要圍繞解決企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型所面臨的數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施、通用軟件和應(yīng)用場景等難題，支持?jǐn)?shù)字孿生等數(shù)字化轉(zhuǎn)型共性技術(shù)、關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)應(yīng)用，引導(dǎo)各方參與提出數(shù)字孿生的解決方案。數(shù)字孿生技術(shù)受關(guān)注程度和云計(jì)算、AI、5G等一數(shù)字孿生技術(shù)與應(yīng)用白皮書(2022版)50-國家高度。2020年9月11日，工業(yè)和信息化部副部長辛國斌強(qiáng)調(diào)，要前瞻部署一批5G、人工智能、數(shù)字孿生等新技術(shù)應(yīng)2022年1月6日，水利部響應(yīng)《國家十四五規(guī)劃綱要和遠(yuǎn)景目標(biāo)》中提出的“構(gòu)建智慧水利體系，以流域?yàn)閱卧嵘闇y報(bào)和智能調(diào)度能力”的政策，從而印發(fā)了《關(guān)于大力推進(jìn)智慧水利建設(shè)的指水利智能業(yè)務(wù)應(yīng)用體系、水利網(wǎng)絡(luò)安全體系、智慧水利保障體系，推區(qū)實(shí)現(xiàn)“四預(yù)”(即預(yù)報(bào)、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案)，在跨流域重大引調(diào)水工程、跨省重點(diǎn)河湖基本實(shí)現(xiàn)水資源管理與調(diào)配“四預(yù)”，N項(xiàng)業(yè)務(wù)應(yīng)用水平明顯提升，建成智慧水利體系1.0版。2022年1月12日，國務(wù)院印發(fā)《“十四五”數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃》(以下簡稱《規(guī)劃》)，明確了“十四五”時(shí)期推動數(shù)字經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展的指導(dǎo)思想、基本原則、發(fā)展目標(biāo)、重點(diǎn)任務(wù)和保障措施?！兑?guī)劃》明確堅(jiān)持“創(chuàng)新引領(lǐng)、融合發(fā)展，應(yīng)用牽引、數(shù)據(jù)賦能，公平競爭、安全有序，系統(tǒng)推進(jìn)、協(xié)同高效”的原則。到2025年，數(shù)字經(jīng)濟(jì)核心產(chǎn)業(yè)增加值占國內(nèi)生產(chǎn)總值比重達(dá)到10%，數(shù)據(jù)要素市場體系初步建立，產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型邁上新臺階，數(shù)字產(chǎn)業(yè)化水平顯著提升，數(shù)字化公共服務(wù)更加普惠均等，數(shù)字經(jīng)濟(jì)治理體系更加完善。展望2035年，力爭形成統(tǒng)一公平、競爭有序、成熟完備的數(shù)字經(jīng)濟(jì)現(xiàn)代市場體系，數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平位居世界前列。數(shù)字孿生技術(shù)與應(yīng)用白皮書(2022版)51-2021年3月5日在北京召開的第十三屆全國人民代表大會第四次會議，表決通過了《關(guān)于國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和孿生城市，足可見對數(shù)字化發(fā)展和建設(shè)數(shù)字中國的重視程度。綱要中指出以數(shù)字化助推城鄉(xiāng)發(fā)展和治理模式創(chuàng)新，全面提高運(yùn)建筑等物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用和智能化改造，完善城市信息模型平臺和運(yùn)行管理.2.2硬件提升數(shù)字孿生是一種新興的技術(shù)，它對計(jì)算設(shè)備/硬件提出了較高要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空間；(2)數(shù)字孿生對模型仿真與數(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)字孿生對終端設(shè)備 D)提出更互動、更沉浸、更清晰的要求，這對硬件設(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。數(shù)字孿生技術(shù)與應(yīng)用白皮書(2022版)52-在努力研究超越物理極限的新方法，新型計(jì)算機(jī)可能會打破計(jì)算機(jī)現(xiàn)有的體系結(jié)構(gòu)。目前正在研制的新型計(jì)算機(jī)有：生物計(jì)算機(jī)——運(yùn)用通過對光的處理來完成對信息的處理；量子