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第七届数字孪生体挑战赛(2025)正式启动了

      作为数字孪生体联盟年度活动,2025年度第七届数字孪生体挑战赛(DTC 2025)近期正式启动。

      在第七届数字孪生体挑战赛启动会上,主办方工业4.0研究院发布了这次比赛的主题和标志。按照预定计划,参与第七届数字孪生体挑战赛的团队,将围绕“F-47第六代战斗机”主题,开展相关研究和开发工作。

      工业4.0研究院成立10多年以来,一直秉承颠覆性创新原则,持续推进第四次工业革命的通用目的技术发展,包括数字孪生体、AI/ML和数据科学等。

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      2025年初,美国公布了第六代战斗机F-47,该战斗机来自DARPA的“空中战斗演化”(ACE,Air Combat Evolution),集结了DARPA长期研究的数字孪生体和下一代AI先进技术。

      早在2009年,DARPA为了解决“体系”(SoS,Systems of Systems)的理论问题,提出了数字孪生体的概念,后续在内部和美国空军研究实验室(AFRL)开展了数十个项目,大大推进了数字孪生体研究的深化。

      据工业4.0研究院跟踪,DARPA在开展空中战斗演化的时候,数字孪生体和AI/ML是其关键的先进技术,并成为特朗普政府即将发布的《数字孪生体国家战略》的基础。

      把F-47战斗机作为第七届数字孪生体挑战赛的主题,体现了与时共进的思路,有助于参赛团队了解世界顶级技术,能够加深对数字孪生体、AI/ML和数据科学等通用目的技术的认识,为迎接数字孪生体时代的到来做好准备。

      为了帮助参赛团队尽快掌握数字孪生体最新进展,工业4.0研究院将在2025年出版《数字孪生体:第四次工业革命的通用目的技术》(第二版),同时将由工业4.0大学围绕该主题举办丰富的培训活动。

      针对第七届数字孪生体挑战赛的举办,工业4.0研究院建立了一个微信群,有兴趣的参加比赛或参与讨论的人员,可以联系工作人员(零点壹,微信:punkt1)进群。

 

《“十四五”数字孪生体发展规划》目标基本实现

      为了推动数字孪生体产业的发展,工业4.0研究院于2021年编制了《“十四五”数字孪生体发展规划》,提出了多项发展目标,截止到2025年初,核心目标基本实现。

      《“十四五”数字孪生体发展规划》提出了面向数字孪生体联盟成员的“双100”目标,帮助各成员单位及行业企业探索数字孪生体应用,逐步建立我国的数字孪生体创新生态。

      在十四五期间,数字孪生体联盟发展较为迅速,共有数百家企事业单位加入,并在工业4.0研究院的帮助下获得了快速发展。

      经统计,数字孪生体联盟在十四五期间,完成了以下任务:

      (1) 参与军委某部数字孪生体相关研究课题。

      (2) 为国投创新公司提供数字孪生体投资战略规划咨询服务。

      (3) 协助安世亚太设立“数字孪生体实验室”。

      (4) 设立运行“数字孪生战场实验室”。

      (5) 设立北京翼络数字技术有限公司,专注数字孪生体关键技术的研发任务。

      (6) 发布数字孪生国防系列报告。

      作为数字孪生体联盟理事长单位,工业4.0研究院在全球首次提出数字孪生体科学研究目标,获得了相关研究成果。

      针对数字孪生体的本质特征,工业4.0研究院提出了“二八定律倒置”、“前向兼容原理”和“数字孪生体可信度增长”等结论,获得了行业人士的认可。

      为了普及数字孪生体相关知识,工业4.0研究院院长胡权撰写了《数字孪生体:第四次工业革命的通用目的技术》一书,使用第四次工业革命和通用目的技术等经济学概念,分析介绍了数字孪生体的经济产业价值,该书成为与之相关的第一本著作。

      从全球数字孪生体的发展格局来看,中美两国处于领先地位,双方都拥有数字孪生体联盟,都有领先的研究机构,都重视数字孪生体产业生态的建设等。

      接下来,数字孪生体将进入新的发展阶段,预计在特朗普政府宣布数字孪生体国家战略之后,我国很可能在十五五时期启动《数字孪生体创新战略计划》。

      为此,数字孪生体联盟决定,近期将启动《“十五五”数字孪生体发展规划》,欢迎数字孪生体联盟成员参与。

 

数字孪生体自动化什么时候到来?

      早在2019年,美国国防部系统工程研究中心就发布了系统工程现代化计划,力图在提出数字工程之后,进一步推进美军的装备系统研发能力,为大国竞争提供保障。

      值得注意的是,当时提出的系统工程现代化计划,提出了五个目标三个阶段,其中,目标2的可信源发展趋势中,“数字孪生体自动化”(Digital Twin Automation)是长期追求的目标。

      在本人写的《数字孪生体:第四次工业革命的通用目的技术》一书中,把“数字孪生化”(Digital Twinning)列为关键技术,其含义跟美国国防部的想法是一致的。

      历经5年时间的发展,美军已经实现数字孪生体自动化了吗?

      据观察,通过多个数字孪生化项目,美军确实已经大幅降低该技术的使用成本,能够满足武器装备数字孪生化的需要。

      同时,结合到数字线程的开发和利用,能够很好对各种数字孪生模型进行管理,把2018年《数字工程战略》中提到的可信源目标大大推进了,为任务工程(Mission Engineering)的发展提供了必要条件。

      数字孪生体、AI/ML和数据科学等技术的发展,为数字工程和任务工程提供了机会。

      随着数字工程的使用,使得“面向X设计”(Design for X)成为可能;然后数字孪生靶场的广泛应用,让“面向测试和鉴定设计”(Design for Test & Certification)加快武器装备的研制速度;现在,对任务一级的建模仿真已经实现,任务工程成为常用的工具,那么“面向速度和规模设计”(Design for Speed & Scalability)就成为可能了。

      系统工程研究中心认为,可信源的发展,需要经理数据集成和互操作、数字工程设计过程、语义数据连接等阶段,然后才会实现数字孪生体自动化。

      这几年AI/ML的发展非常迅速,它跟数字孪生体的融合日益深入,从认知数字孪生体、预测数字孪生体等军工实践,到英伟达的数字孪生地球,以及工业4.0研究院的数字孪生大脑应用,不断推动数字孪生体的发展。

      由于基于数字孪生体的软件工程发展迅速,很好解决了数字孪生化大规模应用的理论问题,试点示范的效果非常突出,数字孪生体自动化逐步成熟。

      据美国国防部披露,它在推进复制者无人机计划的时候,已经全面采用数字孪生体相关技术,这大大加快了复制者无人系统的研制速度,并跟其无人作战任务并行发展,让设计研发的复制者无人系统在研制之初就能能跟任务需求不断交互,避免了武器装备研制到生产交付的脱节。

      不管怎样,数字孪生体自动化应在2030年前就会全面到来,这个时候,基于数字孪生体的数字工程才称得上成熟。

 

作者:胡权,工业4.0研究院院长、数字孪生体联盟理事长

 

庆祝数字孪生体联盟成立五周年

      2024年10月16日,数字孪生体联盟(DTC,Digital Twin Consortium)成立五周年了。作为第一家数字孪生体联盟发起人,本人衷心祝贺数字孪生体联盟过去五年所取得的成就。

      五年前,工业4.0研究院经过审慎研究决定,发起了全球第一家数字孪生体联盟,当时这个决定是开创性的,因为真正相信数字孪生体技术的独立性,并真心实意想推动其发展的组织或个人并不多。

      感谢信任工业4.0研究院的行业企业和单位,虽然不一定真正了解数字孪生体,但他们相信工业4.0研究院正在开创新时代,在做颠覆性创新的事情,于是他们递交申请加入了数字孪生体联盟。

      经过五年时间的发展,数字孪生体联盟拥有300多家成员,既有行业组织,也有各种企业,还有不少研究院所或高校加入。

      在启动数字孪生体联盟的时候,工业4.0研究院得到了人民邮电出版社的支持,签订了战略合作协议,出版了行业第一本介绍数字孪生体产业的图书,即《数字孪生体:第四次工业革命的通用目的技术》,该书的出版,预示着数字孪生体时代的来临。

      工业4.0研究院作为数字孪生体联盟理事长单位,跟各成员分享各种先进研究成果,同时尽力推动数字孪生体技术生态的发展。

      通过多年的探索,数字孪生体联盟做出了一系列重大决策:

      第一,不再把编制行业标准作为主要目标。

      这不是一个容易的决定,我国不少行业联盟把制定行业标准作为其主要工作内容,以此获得更大的话语权或影响力。

      当数字孪生体联盟成立之后不久,工业4.0研究院就牵头编制了《数字孪生体概念和术语体系》,受到了成员的欢迎。

      然而,由于全球关于数字孪生体科学的研究工作不成熟,过早推进标准会阻碍行业的发展。实际情况是,直到2024年,数字孪生体领域的领先者美国国防部也未编制数字孪生体的标准,反而强调需要进一步推动该技术的成熟。

      第二,减缓工业数字孪生体的推进力度。

      数字孪生体联盟成立之初,由于不少成员来自工业领域,迫切需要获得相关知识或发展指导。工业4.0研究院为此做了较多的工作,调研了全国数十家工业企业,对工业数字孪生体的使用情况还开展了专题研究。

      2021年9月,德国几大协会联合发起了“工业数字孪生体协会”(IDTA,Industrial Digital Twin Association),把原来属于工业4.0核心的“资产管理壳”(AAS)称为“数字孪生体”。

      工业4.0研究院考虑到数字孪生体科学技术体系还不健全,在价格敏感的工业领域推数字孪生体技术的时机还不成熟,于是决定暂缓在工业领域继续投入大量的资源,等待一些追风的从业者“出清”。

      第三,聚焦AI/ML、网络信息和建模仿真三大颠覆性技术的融合应用,破解中国数字孪生体生态发展的困境。

      对比美国采纳数字孪生体技术的情况,很少有客户会为简单的“可视化”买单,这一点跟中国的情况不同,究其原因,我国当前数字孪生体项目大都是政府项目(例如智慧城市)或满足国有企业展示需要,属于工业价值创造的项目不多。

      数字孪生体具有巨大的价值,但不是把传统仿真软件或地理信息系统等包装一下就能实现的,它需要攻克数字孪生化、数字线程和数字孪生体平台三大核心技术。

      本人在《数字孪生体:第四次工业革命的通用目的技术》对这个问题做过介绍,但非常遗憾的是,经过五年时间的发展,我国相关产业生态并未形成,反而是韩国、瑞典等小国在数字孪生化方向有了不小的突破。

      最后,面向未来五年(2025-2029)的发展,数字孪生体联盟重新聚焦“数字孪生+”战略,启动了一系列项目,近期公布了“数字孪生船舶开放研究计划”(简称“Sori计划”)。

      Sori计划以位于浙江、山东和江苏的三条无人船为基础,通过数字孪生化技术的应用,为它们建立了数字孪生体,然后以数字孪生船舶平台(类似SIMNET或JSE)的方式,为参与该项目的合作方提供服务。

      数字孪生体联盟成员拥有优先参与Sori计划的权利,有兴趣的成员可以联系秘书处进一步了解相关情况。

      过去的五年时间,感谢数字孪生体联盟成员的相伴和支持,未来五年,让我们抓住数字孪生体时代的发展机会,共同成为第四次工业革命的引领者。

 

作者:胡权,工业4.0研究院院长、数字孪生体联盟理事长

 

中国数字孪生体产业还未形成

      近期工业4.0研究院跟一批投资基金洽谈,同时协助北京城市副中心(通州区)开展数字孪生体园区的工作,对我国数字孪生体产业的问题有了新的理解。

      2009年,DARPA提出数字孪生体概念之后,美国经历了3年左右的时间,由美国空军出钱,开展了历史上第一个数字孪生体项目,促使其产业化加速发展的进程。

      以工业4.0研究院为主的机构,从2015年开始关注研究数字孪生体应用,但一直没有真正成规模的数字孪生体典型应用,除了把智慧城市、流域仿真等冠以“数字孪生+”应用,基本未触及该技术的核心关键领域。

      为什么我国出现不了领先的应用呢?

      我国没有类似美国空军这样的好客户,提不出能释放数字孪生体技术潜力的应用场景,无法真正推动该技术的产业化发展。

      国内普遍对颠覆性技术的认识和管理能力比较弱,掌握资金权力的部门、企业和专家(特别是院士)等,为了降低失误的风险,在已有成熟技术和待确认新技术的比例选择上,通常为9:1的水平,甚至要求是10:0的状况,即要求全部是成熟和已有应用案例。

      在这样的管理制度下,各方参与者选择基于智慧城市来开展业务,就很容易理解了。

      工业4.0研究院关注第四次工业革命,对任何技术的判定标准,自然以能否对工业有所推动,以及能不能成为国民经济持续增长的新动力为标准。

      数字孪生体是物理世界和数字空间交互的技术体系,它的成功应用,直接对工业有颠覆性作用。

      美国过去15年一直在悄然推动该技术的广泛应用,特别是在2020年中设立美国数字孪生体联盟,成为继工业4.0研究院2019年发起数字孪生体联盟之后的第二个数字孪生体产业组织,但美国的发展速度远远超出中国。

      从数字孪生体的三大核心技术(数字孪生化、数字线程和数字孪生体平台,可以参考《数字孪生体》一书)来看,我国基本上没有任何成熟的产业链,更谈不上产业化发展生态。

      虽然我国跟进较早,但保守的国有企业不愿意探索颠覆性应用,仅仅把数字孪生体当成建模仿真的替代品,导致我国迄今还未能进入数字孪生体主航道。

      正如40年前日本举国之力推进智能制造,美国则悄然联合美国空军、波音公司以及NIST等,主攻数字设计的标准化和产业化,仅仅通过10年时间,就把日本制造业的迅猛势头压了下来,迫使日本蜗居在数字制造产业链的加工端。

      中国现在的情况很类似,我国把工业主攻方向放到平台和先进设备上,对新的以硬软件融合为特征的数字孪生体不甚感冒,这样做很可能错失第四次工业革命的巨大机会。

      跟笔者交流的行业人士表示,我国热衷发学术论文,国家资金支持也把专利和论文作为必要条件,导致我国虽然有一批数字孪生体从业者,但实际上没有机会形成真正的产业化。

      从我国产业经济的结构来看,拥有丰富资源的企业,大都对颠覆性创新没有真正的兴趣,他们把数字孪生体搞成了仿真项目,展现不了其潜在的价值,“摧毁”了数字孪生体产业化的动力。

      当前经济发展速度减缓,数字孪生体产业开始进入出清阶段,接下来的几年时间,将迎来新的一波发展机会。

 

作者:胡权,工业4.0研究院院长、数字孪生体联盟理事长