数字孪生创新计划
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数字孪生创新计划
- 数字孪生体作为第四次工业革命的通用目的技术,具有广泛的应用前景。
- 即便完成了数字孪生化,还需要建设数字线程和数字孪生体平台。
- 建议一:以十年为期部署数字孪生体战略
- 建议二:建立适合中国国情的数字孪生体标准
- 建议三:采取先易后难的方式,匹配关键应用场景
- 由于数字孪生体是一种新技术,与应用场景的匹配需要一定的时间。
2020年4月7日,国家发改委和中央网信办联合发布了《关于推进“上云用数赋智”行动 培育新经济发展实施方案》,数字孪生体是七大新一代数字技术之一,与此同时,实施方案要求“开展数字孪生创新计划”,鼓励研究机构、产业联盟举办形式多样的创新活动,围绕解决企业数字化转型所面临的数字基础设施、通用软件和应用场景等难题,聚焦数字孪生体专业化分工中的难点和痛点,引导各方参与提出数字孪生的解决方案。
数字孪生体作为第四次工业革命的通用目的技术,具有广泛的应用前景。
通过长期对数字孪生体的研究,笔者提出,为了推动我国数字孪生体产业快速发展,一方面需要加大对数字孪生体技术、模式和应用等的研究,另一方面,还应该对数字孪生基础设施做更深入的剖析,设计适合中国国情的建设方案,为数字孪生体产业的良性发展提供条件。
大家都比较清楚,如果我们按照西方国家仿真企业对数字孪生体的描述,那么国内几乎没有任何企业可以与之竞争。如果我们追根溯源,美国DARPA提出数字孪生体的时候,并没有提出传统仿真就是数字孪生体,反而强调它与传统仿真是不同的范式;后来美国空军研究实验室启动机身数字孪生体项目,对竞标该项目的国防企业提出的要求,丝毫没有突出仿真的地位,反而强调了新范式的构建要求。
基于以上理由,数字孪生创新计划应不受国际仿真巨头的影响,它们把仿真或产品生命周期管理等同于数字孪生体,很大程度上是为了推销它们现有的解决方案。按照本书对数字孪生体技术的描述,仿真只是数字孪生化第二级的工作,如果应用场景只是为了可视化,根本不需要达到仿真的级别。当然,如果要实现更高要求的数字孪生化,例如数据融合、动态孪生或自主孪生等,仅仅靠传统的仿真手段也是达不到的,至少需要赋予传统仿真更丰富的功能,而这些功能不一定要用仿真的名义来做。
即便完成了数字孪生化,还需要建设数字线程和数字孪生体平台。
数字线程容易与产品生命周期管理混淆,本书已经在第四章做了详细的分析,数字线程自然不等同于产品生命周期管理,否则完全没有必要创造一个新词。数字孪生体平台也不等同于其他类型的平台,它解决了单一数据源的问题,这不是其他类型平台的核心目标。
数字孪生体联盟自2019年提出“数字孪生体2020+计划”之后,再结合国家部委提出的“数字孪生创新计划”,将进一步深化相关内容。瞄准我国仿真技术基础不强、应用牵引不足的问题,提出以下几条建议。
建议一:以十年为期部署数字孪生体战略
在2020年6月27日举办的“数字孪生体下一个十年”研讨会上,笔者以《中国数字孪生体战略》为题,初步阐释了中国推进数字孪生体产业战略的思路。经过十年时间的发展,数字孪生体范式已经成熟,开始进入产业化发展阶段,但总体来说这是一个无人区,传统仿真或产品生命周期管理软件企业并无太多优势,这给中国数字孪生体产业的崛起提供了条件。
展望数字孪生体下一个十年,传统的产业价值链肯定会被打破,这意味着将从中出现新的数字孪生基础设施、平台运行者、应用开发商和更挑剔的用户,即为“聚焦数字孪生体专业化分工中的难点和痛点”之含义,如果没有新的参与者,那么这种专业化分工将难以快速达成。
国外大型企业会在本国先磨砺核心竞争力,待相关软件开发成熟,并在友好企业(特别是本国企业)应用,形成数字孪生体应用联盟后再进入中国市场。据数字孪生体联盟观察,这些企业还没有突破数字孪生体关键技术,预计未来五年是关键机会窗口,利用国内应用场景丰富的特点,中国企业可以先磨砺核心关键技术,再成长为行业龙头。
为此,我们应该有足够的耐心,不能寄希望于一蹴而就,一个新兴产业必然要经过核心技术研发、典型应用验证和产业化推广等过程,特别是核心技术研发需要遵循一定的规律,不能拔苗助长,影响我国数字孪生体战略的实现。
建议二:建立适合中国国情的数字孪生体标准
由于我国的数字孪生体产业还处于沉睡阶段,虽然我国有大量的仿真集成企业,但它们大部分都是国外相关软件的集成商,在转向数字孪生体技术方向的时候,缺乏自主创新能力。对于行业发展的制高点标准来说,中国还缺乏具有产业能力的企业参与,目前均为高校和研究机构参加,缺乏应用场景的支撑,制定出来的标准难免与实际情况有差异。
2015年3月11日,国务院发布了《深化标准化工作改革方案》,要求建立政府主导制定的标准与市场自主制定的标准协同发展、协调配套的新型标准体系,健全统一协调、运行高效、政府与市场共治的标准化管理体制,形成政府引导、市场驱动、社会参与、协同推进的标准化工作格局。
我国现行的标准体系和标准化管理体制是20世纪80年代确立的,政府与市场的角色错位,市场主体活力未能充分发挥,既阻碍了标准化工作的有效开展,又影响了标准化作用的发挥,必须切实转变政府标准化管理职能,深化标准化工作改革。
为了响应国家对标准化工作改革的号召,数字孪生体联盟设立了标准工作组,以团体标准的方式尽快研制数字孪生体标准。围绕中国企业创新能力普遍不强的特点,数字孪生体联盟标准工作组采取基于开源项目的标准研制方法,一边组织标准化方面的专家研制相关标准,一边与企业实际项目需求相结合,让标准未完成制定前就已与应用场景相结合。
建议三:采取先易后难的方式,匹配关键应用场景
由于数字孪生体是一种新技术,与应用场景的匹配需要一定的时间。
在推进数字孪生体产业发展的时候,不宜强行推动某些高端行业应用,因为在该技术应用初期,其成本相对较高,不具有经济效用,采取先易后难的方式,匹配一些较为简单的关键应用场景,使相关技术得以验证和完善,这也是降维策略所要求的。
作为数字孪生体概念的源头,航空航天的应用非常复杂,但它又分为工程设计、生产制造和运行维护等阶段,按照先易后难来排序——运行维护相对简单,工程设计较为复杂,生产制造则是最复杂的场景了。因此,我们就容易理解为什么美国空军研究实验室启动机身数字孪生体项目了,它是运行维护阶段的应用场景。
从全球数字孪生体应用的情况来看,数字孪生城市是热度最高的应用场景,不仅在中国(例如雄安新区)如此,在新加坡、英国、法国、加拿大等国家,数字孪生体的核心应用场景也是城市管理。实际上很容易理解,因为城市管理更讲究可视化和数据融合,从数字孪生化的五级水平来看,它在实现可视化方面具有很好的技术基础。
笔者把数字孪生体的九大行业分为三大类,分别为资产类、控制类和仿真类,这是从它们的应用核心价值来看的。以此为基础,资产类行业应用相对较为简单,大都属于很容易和容易程度;控制类有的比较复杂,而有的比较简单;但对于仿真类来说,大都比较困难,主要原因是涉及物理机理等要素,这属于科学范畴,对基础研究的要求比较高,不太容易实现。
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