数字孪生是综合运用感知、计算、建模等信息技术,通过软件定义,对物理空间进行描述、诊断、预测、决策,进而实现物理空间与赛博空间的交互映射。Gartner在2018年和2019年十大战略科技发展趋势中将数字孪生作为重要技术之一。数字孪生技术已广泛应用于各类场景,以设计、监控类场景为主。智慧城市、工业4.0和智能驾驶行业是先进数字孪生技术使用较多的行业,也是众多科技巨头重点布局的行业。
美国工业互联网盟将数字孪生作为工业互联网落地的核心和关键。德国工业4.0参考架构将数字孪生作为重要内容。在我国,数字孪生城市已成为各地政府推进智慧城市建设的主流模式选择,产业界也将其视为技术创新的风向标、发展的新机遇,数字孪生应用已在部分领域率先展开。
数字孪生是充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据,集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程,在虚拟空间中完成映射,从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。数字孪生是一种超越现实的概念,可以被视为一个或多个重要的、彼此依赖的装备系统的数字映射系统。数字孪生是个普遍适应的理论技术体系,可以在众多领域应用,在产品设计、产品制造、医学分析、工程建设等领域应用较多。在国内应用最深入的是工程建设领域,关注度最高、研究最热的是智能制造领域。
数据显示,2020年全球互联传感器与端点将多达超过200亿,数字孪生将服务于数十亿个物件。数字孪生提供了无与伦比的跟踪、监视和诊断资产的能力,通过促进数据驱动的决策和协作、简化业务流程和新的业务模型,改变传统的供应链。 2020年全球头部600家企业都会使用数字孪生来提供产品创新,2020年全球数字孪生市场规模达到52.2亿美元,同比增长33.50%。
2021年,中国数字经济规模达到45.5万亿元,中国信息通信研究院在2021年发布的《中国数字经济就业发展研究报告》指出,中国数字化人才缺口已接近1100万,而且伴随着全行业数字化的快速推进,数字人才需求缺口还会持续加大。
数字孪生的发展得到我国的政策支持。2020年,“新基建”首次写入政府工作报告,在对于该项热点的讨论中,“数字孪生”被不少代表和委员提及。2020年4月,国家发改委印发《关于推进“上云用数赋智”行动,培育新经济发展实施方案》中,方案提出要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,支持数字孪生等数字化转型共性技术、关键技术研发应用,引导各方参与提出数字孪生的解决方案。数字孪生技术受关注程度和云计算、AI、5G等一样,上升到国家高度。2020年9月11日,工信部副部长强调,要前瞻部署一批5G、人工智能、数字孪生等新技术应用标准。
如今,数字孪生技术正迅速崭露头角,成为各领域的关注焦点。它不仅是科学家、工程师和创新者的新宠,还在制造、医疗、城市规划、生态保护等领域发挥重要作用。据介绍,数字孪生是对实际事物的数字化复制和模拟,为人们提供连接现实与虚拟世界的纽带。从方兴未艾的数字交通,到蓬勃发展的智慧城市,再到日趋重要的环境保护,数字孪生技术正在赋能千行百业,推动经济社会朝着智能化方向加速发展。
根据中研普华产业研究院发布的《2023-2028年中国数字孪生技术行业市场前瞻分析与未来投资战略规划报告》显示:
随着数字孪生技术的日益成熟,国家和地方政府纷纷将其纳入智慧城市顶层设计框架,在全国范围加快CIM平台的落地建设,并协调解决各种建模技术之间的兼容性以及数据标准统一等问题。在国家层面,发改委、科技部、工信部、自然资源部、住建部等部委密集出台政策文件,有力地推动了城市信息模型相关技术与应用的发展与落地。
国务院推出《“十四五数字经济发展规划”》,提出了“因地制宜构建数字孪生城市”;国务院针对气象推出了《气象高质量发展纲要(2022-2035年)》,并提出了“构建数字孪生大气,提升大气仿真模拟和分析能力”。工信部推出《"十四五”大数据产业发展规划》,提出了“融合应用市场加速繁荣,场景挖掘将从边缘浅层向核心深层拓展。基于数字孪生体的制造执行、跨系统跨产业链的综合性分析等”;工信部与科技部、自然资源部三部门联合印发的《“十四五”原材料工业发展规划》,提出了“提高生产智能水平。
交通运输部印发的《关于推进公路数字化转型 加快智慧公路建设发展的意见》提出,到2027年,公路数字化转型取得明显进展,构建公路设计、施工、养护、运营等“一套模型、一套数据”,基本实现全生命期数字化。到2035年,全面实现公路数字化转型,建成安全、便捷、高效、绿色、经济的实体公路和数字孪生公路两个体系,为构建现代化公路基础设施体系、加快建设交通强国提供支撑。
随着数字化技术的不断发展,数字孪生将会在未来继续发挥更重要的作用。未来,数字孪生技术将沿着以下方向快速发展:智能化,随着人工智能技术的发展,数字孪生将更加智能化,能够实现对物理实体更加精准的监测、预测和优化。可视化,数字孪生将帮助人们更好地理解物理实体和虚拟实体之间的交互关系,从而更好地进行决策和优化。集成化,数字孪生将与其它数字化技术更加紧密地集成在一起,形成更加完整的数字化解决方案。
数字孪生是5G赋能产业链上的重要一环,作为5G衍生应用,可以加速物联网成型和物联网设备数字化,与5G三大场景之一的万物互联需求强耦合。在未来的5G时代,随着新一代信息技术与实体经济的加速融合,工业数字化、网络化、智能化演进趋势日益明显,将催生一批制造业数字化转型新模式、新业态,数字孪生日趋成为产业各界研究热点,未来发展前景广阔。
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