工业互联网产业联盟：工业数字孪生白皮书（2021）（35页）.pdf

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1、 编写说明 近些年，随着我国工业互联网创新发展战略深入实施，部分应用企业已 基于工业互联网完成了数字化、网络化改造，少数头部企业渴望通过工业互 联网开展智能化升级。作为工业互联网数据闭环优化的核心使能技术，数字 孪生具备打通数字空间与物理世界，将物理数据与孪生模型集成融合，形成 综合决策后再反馈给物理世界的功能，为企业开展智能化升级提供了新型应 用模式。 与此同时， 当前产业界对于工业数字孪生定义及内涵尚未形成统一认识， 亟需系统梳理相关概念定义、关键技术、应用场景和实施路径，凝聚和深化 产业共识，加速工业数字孪生技术创新和产业实践。在此背景下，中国信通 院和工业互联网产业联盟共同组织编写了工

2、业数字孪生白皮书（2021）， 系统梳理了工业数字孪生技术、产业、应用的发展现状，并在一定程度上对 未来发展趋势进行了研判。 本报告主要分为六个部分。第一部分介绍了工业数字孪生内涵及意义， 给出了数字孪生功能架构。第二部分介绍了数字孪生技术体系，分析了关键 技术发展趋势。第三部分总结数字孪生应用发展态势，重点研究了数字孪生 应用发展范式，给出不同行业应用特点。第四部分分析了产业布局动向，给 出不同类型供给企业发展数字孪生的整体策略。第五部分研究了美国、德国、 中国等不同国家数字孪生发展现状和优劣势。 第六部分是全篇的总结和展望。 一、工业数字孪生内涵及意义1 （一）发展脉络 1 （二）定义及功

3、能架构 1 （三）发展数字孪生意义 2 二、技术体系及关键技术4 （一）技术体系架构 4 （二）数字支撑技术体系 4 （三）数字线程技术体系 5 （四）数字孪生体技术体系 6 （五）人机交互技术 8 三、应用发展态势9 （一）应用发展范式 9 （二）典型应用场景 11 （三）垂直行业应用特点 13 四、产业布局动向22 （一）产业体系分析 22 （二）企业合作分析 25 （三）巨头发展布局分析 26 五、主要国家发展态势分析28 （一）美国发展态势分析 28 （二）德国发展态势分析 29 （三）中国发展态势分析 30 （四）其他国家分析 30 六、展望 31 目 录 CONTENTS 第一章

4、工业数字孪生内涵及意义 1工业数字孪生白皮书 (2021) 一、工业数字孪生内涵及意义 （一）发展脉络 工业数字孪生发展经历了三个阶段，其发展背后是数字化技术在工业领域的演 进与变革。第一阶段，概念发展期。2003 年，美国密歇根大学 Michael Grieves 教 授首次提出了数字孪生概念，概念提出的基础是当时产品生命周期管理（PLM）、 仿真等工业软件已经较为成熟，为数字孪生体在虚拟空间构建提供支撑基础。第二 阶段，应用于航空航天行业。数字孪生最早应用于航空航天行业，2012 年美国空军 研究室将数字孪生应用到战斗机维护中，而这与航空航天行业最早建设基于模型的 系统工程（MBSE）息息

5、相关，能够支撑多类模型敏捷流转和无缝集成。第三阶段， 向多类行业拓展应用。近些年，数字孪生应用已从航空航天领域向工业各领域全面 拓展，西门子、GE 等工业巨头纷纷打造数字孪生解决方案，赋能制造业数字化转型。 数字孪生蓬勃发展的背后与新一代信息技术的兴起、工业互联网在多个行业的普及 应用有莫大关联。 （二）定义及功能架构 工业数字孪生是多类数字化技术集成融合和创新应用，基于建模工具在数字空 间构建起精准物理对象模型，再利用实时 IOT 数据驱动模型运转，进而通过数据与 模型集成融合构建起综合决策能力，推动工业全业务流程闭环优化。 1 物理对象 业务应用 连接采采集集感感知知 反反馈馈控控制制 数

6、据互联 决策描描述述诊诊断断预预测测处处置置 工工业业通通讯讯 市市 场场 数数 据据 研研 发发 数数 据据 生生 产产 数数 据据 运运 营营 数数 据据 信息互通 信信息息模模型型构构建建 数数 据据 字字 典典 标标 识识 解解 析析 元元 数数 据据 描描 述述 . 模型互操作 多多模模型型融融合合 几几 何何 模模 型型 仿仿 真真 模模 型型 业业 务务 模模 型型 数数 据据 模模 型型 数数据据管管理理信信息息管管理理模模型型管管理理 交互 交互 向向 数数 字字 空空 间间 映映 射射 向向 物物 理理 对对 象象 反反 馈馈 数 字 孪 生 功 能 架 构 图 1 工业数