數(shù)字孿生應(yīng)用白皮書（2020版）。
--關(guān)于白皮書--
該白皮書由工信部中國(guó)電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院聯(lián)合20余家數(shù)字孿生領(lǐng)域開發(fā)商、集成商、科研院所、高校聯(lián)合編寫，梳理數(shù)字孿生技術(shù)和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用發(fā)展?fàn)顩r，分析數(shù)字孿生技術(shù)熱點(diǎn)、行業(yè)動(dòng)態(tài)和未來趨勢(shì)。SDI繼續(xù)對(duì)該白皮書進(jìn)行要點(diǎn)摘要分享，供您參閱。
智能制造領(lǐng)域數(shù)字孿生體系框架主要分為“基礎(chǔ)支撐層”、“數(shù)據(jù)互動(dòng)層”、“模型構(gòu)建層”、“仿真分析層”、“功能層”、“應(yīng)用層”六個(gè)層次，具體如下圖。
圖1 智能制造領(lǐng)域數(shù)字孿生體系框架
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基礎(chǔ)支撐層
通過傳感器檢測(cè)獲取物理過程及其環(huán)境的關(guān)鍵數(shù)據(jù)；
2
數(shù)據(jù)互動(dòng)層
包含工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)數(shù)字傳輸（5G將為數(shù)字孿生技術(shù)的應(yīng)用提供基礎(chǔ)技術(shù)支撐）和交互與協(xié)同（虛擬實(shí)體實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)映射物理實(shí)體的狀態(tài)，在虛擬空間通過仿真驗(yàn)證控制效果，根據(jù)產(chǎn)生的洞察反饋至物理資產(chǎn)和數(shù)字流程，形成數(shù)字孿生的落地閉環(huán)）；
3
數(shù)據(jù)建模和仿真層
數(shù)字孿生由一個(gè)或多個(gè)單元級(jí)數(shù)字孿生按層次逐級(jí)復(fù)合而成，因此需要對(duì)實(shí)體對(duì)象按照系統(tǒng)層次解耦，進(jìn)行多尺度的數(shù)字孿生建模，如圖2案例所示；目前建立仿真模型主要有基于知識(shí)建模、基于機(jī)理建模和基于數(shù)據(jù)建模三種方式，但各有利弊（詳情可參閱白皮書）。
圖2 復(fù)雜產(chǎn)品按照系統(tǒng)層次解耦
工業(yè)仿真軟件，主要是指計(jì)算機(jī)輔助工程CAE（Computer Aided Engineering）軟件。目前中國(guó)CAE軟件市場(chǎng)基本被外資產(chǎn)品壟斷，如ANSYS，?？怂箍怠⑽鏖T子、達(dá)索等。中國(guó)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的CAE軟件僅有很少量的市場(chǎng)份額，廠商主要為高校、科研院所和中小企業(yè)，如FEPG、紫瑞等雖有國(guó)內(nèi)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)軟件系統(tǒng)上市，但普遍缺乏競(jìng)爭(zhēng)力。以安世亞太為代表的國(guó)產(chǎn)模擬仿真軟件，在多年使用和代理國(guó)外產(chǎn)品經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上開發(fā)出了國(guó)產(chǎn)化的替代方案，但目前還無法達(dá)到國(guó)外一線產(chǎn)品的水平。
4
功能實(shí)現(xiàn)層
圖3 數(shù)字孿生優(yōu)化產(chǎn)品生命周期管理
數(shù)字孿生功能實(shí)現(xiàn)層（如圖3所示）是數(shù)字孿生系統(tǒng)最核心的功能價(jià)值體現(xiàn)，利于數(shù)據(jù)建模得到的模型和數(shù)據(jù)分析結(jié)果實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能，實(shí)時(shí)反映物理系統(tǒng)的詳細(xì)情況，實(shí)現(xiàn)輔助決策，提升物理系統(tǒng)在壽命周期內(nèi)的性能表現(xiàn)和用戶體驗(yàn)。已有一些軟件服務(wù)商通過提高數(shù)字孿生能力提高他們的應(yīng)用能力，為客戶提供垂直細(xì)分市場(chǎng)的解決方案，如GE Digital、Oracle等。
