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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。

 

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。

 

《数字孪生体报告(2023)》正式发布了

      针对数字孪生体行业的发展,工业4.0研究院每年都会撰写年度报告。

      2022年12月16日,按照预定计划,工业4.0研究院发布了《数字孪生体报告(2023)》。考虑到北京疫情较为严重,暂未举行线下发布会。

      《数字孪生体报告(2023)》对我国数字孪生体产业发展的现实问题做了剖析,结合到工业4.0研究院对数字孪生模型、数字线程以及数字孪生大脑等研究情况,提出未来三年(2023-2025),数字孪生体产业将在体系级问题缺乏的环境中缓慢发展的判断。

数字孪生体报告(2023)

      截止到今天,我国数字孪生体产业总体来讲未触及核心关键技术,大部分数字孪生体企业把技术研发重点放到了所谓引擎上面,这是因为国内基础研究薄弱,对数字孪生体概念体系认识不深入。

      从全球数字孪生体产业格局来看,美国通过军事应用的牵引,数字孪生体产业的专业化分工发展非常迅速,这在B-21战略轰炸机等产品上体现得比较明显。

      中国尾随其后,但总体来讲分为机械自动化、智慧城市两大主要市场,研究范围相对较窄,对数字孪生体和数字线程的潜力挖掘不够。

      德国、日本、英国以及法国等对数字孪生体比较积极,但美国为了保持未来科技的引领优势,对这些同盟国仍处于保守态度,加上这些国家同样缺乏基于概念的技术创新能力,相关进展不明显,体现为机械自动化有瓶颈,智慧城市没有投入的状态。

      数字孪生体联盟自2019年10月16日运行以来,一直把建设数字孪生体生态作为目标,但囿于国内企业大都缺乏战略基因,相关进展并不突出。在各种说法影响下,行业企业对数字孪生体有了固化的认识,目前处于传统技术包装的阶段。

      然而,虽然国内还缺乏好的体系级问题,但随着工业4.0研究院N8加速平台的推进,相关问题预计在3年内会获得突破,到2025年将产生颠覆性的数字孪生技术和应用。

      《数字孪生体报告(2023)》将印刷成册,在2023年作为跟战略合作方推动的工作基础。考虑到国内具体的经营环境,本报告预计2023年底择机在线公开。

 

      附:《数字孪生体报告(2023)》(暂未公开)

      http://www.innovation4.cn/library/r61156

 

第四届数字孪生体挑战赛进入评选阶段了

      2022年度第四届数字孪生体挑战赛经过6个月的紧张开展,吸引了多只行业精英团队参与,截止到11月30日,已经完成了学习提升和方法设计两个阶段的赛事。

      本次数字孪生体挑战赛围绕F-35战斗机开展,贴近工业4.0研究院正在开展的数字孪生靶场研发工作,具有很好的时效性和应用性。

第四届数字孪生体挑战赛

      虽然一些参赛团队对飞机设计知之甚少,但他们克服了知识储备不足的短板,积极学习组委会推荐的在线课程,并阅读了大量资料,成为了F-35战斗机方面的专家,为参与第四届数字孪生体挑战赛奠定了良好的基础。

      值得肯定的是,虽然这些团队对飞机相关专业知识了解不多,但由于没有传统的知识经验影响其创新,反而做出了不少突破性的解决方案,评审专家对此表示赞赏。

      从提交上来的设计方案来看,满足第三阶段赛事要求的团队较少,鉴于实际情况,第四届数字孪生体挑战赛第三阶段赛事不再开展。

      对于有意参与第三阶段创新内容的团队,可以直接进入工业4.0研究院相关项目任务中去,具体细节将由专人联系沟通。

      在第四届数字孪生体挑战赛获奖的团队或个人,将收到相关通知。