面向未来的竞争

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工业4.0研究院被日本政府列入数字孪生体代表

      数字孪生体作为第四次工业革命的关键技术,受到各国政府的关注,其中包括日本文部科学省下属研究与发展战略中心。

      日本研究与发展战略中心发布了《日本和海外与数字孪生体相关的研究和开发趋势》,跟踪分析了全球领先的数字孪生体机构,其中包括工业4.0研究院。

      该中心成立于 2003 年,是日本文部科学省下属科学技术振兴机构的附属机构。日本文部科学省是日本中央政府行政机关之一,相当于我国教育部、科技部和文化部的总和。

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      在长达71页的《日本和海外与数字孪生体相关的研究和开发趋势》中,对中国的数字孪生体相关机构进行了分析,其中,工业4.0研究院作为重点对象做了介绍,分析了旗下数字孪生体研究中心的相关情况。

      2018年3月,日本研究与发展战略中心发布了“创新数字孪生体——面向未来制造业的复杂现象建模及其先进设计/制造基础技术的建立”的战略提案。

      该战略提案认为,随着工业和社会数字转型的深入推进,数字孪生体的应用范围不仅在制造领域,还在能源、城市、气象等领域不断扩大。

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      针对这些变化,日本研究与发展战略中心以日本、美国、德国、英国等为对象,对各国有关数字孪生体的相关政策动向和研发动向进行了跟踪分析。

      数字孪生体的核心是复杂现象的建模,以及从验证和数字孪生体中获得的洞察力对物理空间的反馈。

      日本研究与发展战略中心的调查显示,每个国家都在促进对这些领域有贡献的技术领域的研究和开发,并且模型正在所有三个领域中得到关注。

      此外,作为跨领域的通用平台,平台建设、人工智能利用、安全保障等方面的研究开发正在中长期推进。

      有趣的是,日本研究与发展战略中心把数字孪生体应用分为四个阶段:

      第一阶段:数字化(类似工业4.0研究院提出的数字孪生化)

      第二阶段:局部数字孪生体

      第三阶段:综合数字孪生体

      第四阶段:自主数字孪生体

      日本研究与发展战略中心认为,全面自主的数字孪生体才是日本举国发展的方向,美国和德国正在推动数字孪生体相关研发工作。

      在日本,数字孪生体被定位为有助于实现社会5.0的核心技术。

      遵循DARPA提出的颠覆性技术研究方法,工业4.0研究院长期跟踪全球主要工业国家的进展,针对日本的政策及先进技术,已经跟踪编译了200多万字的资料,大大提升了工业4.0研究院对第四次工业革命的研究水平。

      对日本研究工作感兴趣的合作单位,可以联系工业4.0研究院索取《日本和海外与数字孪生体相关的研究和开发趋势》(日文)原文。

 

胡权:“代差”是当前数字孪生体发展的特征

      十年前(2013年)的5月,工业4.0研究院在北京成立,当时确定了“引领第四次工业革命”的愿景,并把建立先进技术的“代差”作为安身立命的基础,力求跟其他单位形成不同的竞争优势。

      工业4.0研究院的十年,弹指一挥间。

      在过去十年期间,工业4.0研究院每年都选择一个颠覆性创新领域,通过集中研究与开发,在理论基础和试验探索两方面力求有所突破,借此不断扩展自身的“包线”。

工业4.0主题交流讨论

      秉承包容和开放的价值观,工业4.0研究院跟国际组织建立了常态沟通机制,主要的沟通对象有欧盟中国商会、IEEE、通用电气、西门子和大众汽车等。

      其中,通用电气全球研发中心的专家只要到中国,都会到访工业4.0研究院,当时该公司刚刚完成美国空军研究实验室的机身数字孪生体项目,正是在那个时候,工业4.0研究院开始系统跟踪研究数字孪生体。

      围绕数字孪生体的研究和创新,工业4.0研究院干了八年,期间于2019年发起了全球第一家数字孪生体联盟,比美国空军牵头的同名组织早7个月,比德国工业数字孪生体协会则早1年时间。

      工业4.0研究院坚信“代差”是对付“模仿”的利器,同时也创新获胜的必要方法。

      相比美国国防部动辄数百亿美元的投入,工业4.0研究院聚焦数字孪生体两个方面:一是数字孪生体科学体系的建立,二是针对数字孪生体平台的研发。

      2020年本人撰写了《数字孪生体:第四次工业革命的通用目的技术》一书,是工业4.0研究院跟人民邮电出版社“数字孪生体丛书”的第一本,把支撑国家相关部门数字孪生创新计划的一些成果分享给行业人士。

      虽然目前跟进出版的数字孪生体图书已经有不少,但工业4.0研究院拥有的“代差”仍然很明显。

      对于数字孪生体行业实践,工业4.0研究院历经近5年时间的研发,初步解决了数字孪生模型和人工智能两大问题,目前对外推出了“X-21数字孪生体平台”,主要用于装备系统领域。

      当前,美国国防部在数字孪生体科学和技术两方面处于绝对领先地位,工业4.0研究院相比之下处于代差劣势,所幸经过近5年时间的努力,我院已经建立了独立的数字孪生体科学体系,为进一步工程应用奠定了基础。

      美国国防部为了拉大其在数字孪生体科学体系的代差优势,组织了数十位科学家加大研究力度,预计在2025年将实现相关目标。与之对应,工业4.0研究院到2025年可以达到其70%的水平。

      在数字孪生体工程应用方面,工业4.0研究院距离美国国防部的代差非常明显,旗下公司还需要找到合适的应用场景,加大跟行业以模仿为主的企业的代差,避免削弱自身的创新能力和优势。

      颠覆性创新不容易,“代差”是保证领先者优势的方法,这一点将继续指导工业4.0研究院未来十年的发展。

 

美国正在加速数字孪生体科学体系的建设

      作为第四次工业革命的通用目的技术,数字孪生体得到了美国科学家高度重视,并开展了系列的研究,来自美国科学院和美国工程院的专家,提出了多方面的数字孪生体研究主题,期望加速推进该学科的建立。

      工业4.0研究院自2015年开始系统研究数字孪生体,并把它作为一种新型科学来对待,这一点跟美国科学界的情况是同步的。

      美国科学家认为,如何跨领域来定义数字孪生体,哪些示例和用例展现了数字孪生技术的价值,这是参与该项目的科学家需要回答的。

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      对于数字孪生体的基础数学、统计和计算差距,数字孪生体科学家提出:

      * 在大规模实现强大可靠的数字孪生体方面,有哪些基础差距和研究机会?

      * 这些基本差距或机会在各个领域和应用之间有什么不同?

      * 数据驱动的学习和计算建模在大规模实现数字孪生体方面的作用是什么?

      * 数字孪生体验证的需求什么?如何实现不确定性的两化,这些需求在不同领域有什么差别?

      除了数字孪生体科学的基础研究课题,美国科学家还讨论了数字孪生体开发和使用的情况。

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      他们希望了解,在应用领域内和跨应用领域正在出现哪些数字孪生体的最佳实践,以及在跨领域的数字孪生体应用有哪些挑战和机遇。

      目前,数字孪生体应解决领域内的验证、可重复性、认证、安全、道德等难题,这是数字孪生体大规模应用的前提。

      除了在美国国防部有较多的数字孪生体应用,在工业、医疗和社会中的数字孪生体应用案例还不普遍,美国科学界希望寻找一些有价值的案例,以提高人们对数字孪生体的认识和信心。

      针对数字孪生体的持续发展,美国科学家认为,数字孪生体应建立跨科学、技术、工程和社会的发展体系,重点解决研究、开发和应用的挑战。

      在2021年5月27日,本人结合到工业4.0研究院的核研究工作,发布了《认识数字孪生体科学的意义》一文,希望引起中国科学家对数字孪生体科学研究的关注。

      从我国科学界的反馈来看,由于缺乏上级机关的支持,加上时髦的元宇宙、工业软件或仿真等概念更具吸引力,国内暂时没有学者对数字孪生体做严肃的基础研究。

 

第五届(2023)数字孪生体挑战赛标识发布了

      自2019年举办数字孪生体挑战赛(DTC,Digital Twin Challenge)以来,工业4.0研究院力求推动数字孪生体的颠覆性创新,设计了不少实用的场景。

      2023年将举办第五届数字孪生体挑战赛(DTC 2023),围绕数字孪生战场平台开发应用场景。

第五届(2023)数字孪生体挑战赛标识

      第五届数字孪生体挑战赛将以场景设计和研发为主,依托北京翼络数字技术有限公司提供的数字孪生战场平台,接受专家委员会的指导,结合到参赛团队擅长的领域,开发基于特定场景的应用。

      根据第五届数字孪生体挑战赛组委会计划,将重点推动参赛团队研发以下应用:

      * 无人机/无人船应用

      * 认知电磁战应用

      * 认知网络通信应用

      * 特定(自选)装备效能分析

      * 其他具有创新价值的应用

      目前第五届数字孪生体挑战赛处于调研和收集创新项目的阶段,有意基于数字孪生战场平台研发产品或应用的团队或个人,可以把您的想法发到以下邮箱:

      innobase@qq.com

      请介绍您的具体项目及相关背景。

 

工业4.0研究院2023年主题:数字蓝军

      对于每年的研究和业务重点,工业4.0研究院通常都会确定一个主题。

      经长达3个月的论证,工业4.0研究院确定了2023年主题:数字蓝军(Digital Blue Force)。

      数字蓝军是在数字孪生战场环境下建立的威胁模型。通过试验场或靶场不断积累的数据,利用数字孪生模型可信度增长机制,促使数字蓝军接近实际的威胁情况。

数字蓝军

      为了解决传统建模仿真带来的“维数灾”和“数据灾”问题,导致无法逼近真实战场场景,从而给试验鉴定(包含研制试验鉴定和作战试验鉴定)带来难以逾越的瓶颈。

      针对以上需求,工业4.0研究院开展了多项研究:

      * 数字孪生战场综合环境研究;

      * 数字孪生模型可信度增长;

      * 数字孪生靶场基础设施;

      * 基于数字孪生战场环境的装备测试分析系统;

      * 数字线程驱动的“任务线程”。

      通过JADC2、综合环境等多个开放课题项目,聚集了近10家大学及企业团队,依托N8加速平台的力量,在行业内带来了颠覆性创新的思路及实践,初步形成了“数字蓝军基地”(DBFB,Digital Blue Force Base)。

      工业4.0研究院立足数字蓝军基地,充分发挥理论研究方面的优势,解决蓝军的数字孪生模型建设中的难点和痛点。

      为了保证数字蓝军基地的正常运转,2023年将建立一套数字蓝军标准体系,包括蓝军数字孪生模型、数字蓝军建设流程和数字蓝军质量控制体系等。

      不仅如此,数字蓝军基地将跟大学团队合作,依托工业4.0研究院已有数字蓝军丰富资料,设计数字蓝军课程,培养一批具有专业知识和实践能力的数字蓝军人才。

      秉承包容和开源的核心价值观,数字蓝军基地欢迎符合条件的单位或团队合作,共同推进数字蓝军创新发展。