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数字孪生平台概述

数字孪生平台概述 数组智控产业发展科技院
2022-03-01
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导读:平台生态是数字经济的典型特征,由于数字技术具有网络效应,通过自建或参与数字平台,已成为所有数字技术企业必然的


平台生态是数字经济的典型特征,由于数字技术具有网络效应,通过自建或参与数字平台,已成为所有数字技术企业必然的选择。


作为新一代数字技术,数字孪生的核心技术自然少不了平台生态,而且数字孪生平台具有与其他平台不同的特征,体现了物理世界和数字空间交互的核心价值,成为实体经济数字化转型必须关注的领域。


数字孪生平台作为数字孪生核心技术之一,是数字孪生产业专业化分工的产物。


通过集中投入建设数字孪生平台,可以解决实体产业困惑已久的数字化挑战,给第三方企业参与数字化转型提供了较低成本的解决方案。


虽然数字孪生平台的价值众所周知,但要成功建设并运营该平台,的确不是一件容易的事情,需要遵循平台生态演进的基本规律,发挥企业家精神,实现数字孪生行业的颠覆性创新。


所幸数字孪生产业化起步不久,传统的制造业、仿真、物联网和人工智能等企业还处于能力构建阶段,目前还没有公认的行业龙头,只要敢于创新并具有强大的执行能力,所有关注数字孪生行业的企业都有成为数字孪生行业翘楚的机会。



行业内对数字孪生和信息物理系统之间的关系一直存在疑虑,部分行业专家认为两者是一回事,只是称谓不同罢了,但深入研究数字孪生体之后,大部分专家会发现,从技术本质来看,两者具有较大的差异。


作为不过十年时间的概念体系,数字孪生的工程实现为基于模型的系统工程,但信息物理系统在2006年提出之后一直与嵌入式系统息息相关。


中国电子技术标准化研究院(工信部电子四院)2017年发布了《信息物理系统白皮书》,给出了信息物理系统的定义,强调“集成先进的感知计算通信控制等信息技术和自动控制技术”,这体现了传统嵌入式系统所承载的核心功能。


由于数字孪生相关研究较为系统、成熟,其通用目的技术的特性开始被认同,部分行业专家开始利用数字孪生来解释信息物理系统,其中就包括德国工业4.0平台和中国电子技术标准化研究院。


后者指出,“将物理空间设备、产线、工厂等物理环境以及‘研发设计—生产制造—产品服务’等业务环节,在信息空间相对应地构建起数字孪生设计、数字孪生工艺、数字孪生流程、数字孪生生产线、数字孪生产品等,实现生产全生命周期流程在信息空间的数字孪生重构”。


由此可见,数字孪生在制造业的生命力很强,已成为其他概念体系的基础。


数字孪生被其他概念体系借用,展现了其通用目的技术之价值,但同时也给人们认识它带来了一定的混乱。


数字孪生之所以可以作为其他概念体系的基础,是因为它自身的开放架构要求有足够的抽象度,这样才可能有广泛的应用场景,诸如信息物理系统智能制造工业互联网、智慧城市等核心应用行业,可以称为数字孪生的典型应用。


  • 在建设数字孪生体平台实践中的通用架构:


分为数字孪生化、数字孪生体平台和数字孪生体应用三个层面:


第一个层面是数字孪生化,其目的是为了构建物理世界和数字空间的数字表达,这为数字孪生平台赋能提供了基础;


第二个层面为数字孪生平台,它主要根据不同行业的实际情况,提供通用能力,主要包括大数据分析、人工智能等方面的应用;


第三个层面为数字孪生应用,在制造业主要体现为工程设计健康监测实时控制预测性维护离线分析等。



数字孪生体参考架构主要分为两部分:


一部分为数字孪生化所代表的硬件映射,这类似于个人电脑的操作系统核心,即对硬件的驱动程序控制下的交互,它的性能指标表现为“精度”


另一部分为数字孪生平台和应用,它们构成了应用环境和能力,由于其开放架构的特性,除了企业内部可以在数字孪生体平台上开展应用外,外部经过认证的第三方力量也可以参与数字孪生应用开发。


一些行业人士认为数字孪生必然是实时控制类,这实际上忽视了它与信息物理系统之间的差异。


高度集成的信息物理系统的核心功能为实时控制,因为它来自嵌入式系统,就是为了实时控制而产生的,但数字孪生通过对传统工业系统的解耦,形成了分层的结构,客观地说,它牺牲了一定的性能,换来了灵活性,这也是它具有通用目的技术特征的原因之一。


在平台战略理论体系中,元件化、组件化、控件化、模板化、模块化是一项重要特征。


任何一种产品或服务,都可以看成多个“零部件”或子系统构成的系统,模块或子系统之间的联系涉及标准,如果没有高效的标准体系,这个系统就难以快速演进。


数字孪生平台把复杂的标准隐藏到能力中,通过掌握专业技能的人员对这些复杂的系统进行重构,让它们都可以对接数字孪生标准接口。


随着该平台逐渐成熟,当利益相关者数量较多的时候,新加入平台生态的开发者将因为利益驱使而遵循已有的标准。


开放架构作为数字孪生的基因,构成了其核心价值,这也是它有别于其他概念体系的特点之一。


借助数字孪生平台所蕴含的双边市场经济学原理,将产生人人渴求获得的网络效应,让先发者以及敢于创新的企业获得行业竞争优势,最终形成繁荣昌盛的数字孪生产业。



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