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热烈庆祝数字孪生体联盟成立六周年

      2019年10月16日,数字孪生体联盟(DTC,Digital Twin Consortium)正式成立,宣告全球第一家数字孪生体行业组织的诞生。

      今天(2025年10月16日),数字孪生体联盟已经六岁了。感谢一起成长的三百多家成员单位。

      工业4.0研究院在六年前发起数字孪生体联盟,其目的是为了团结来自各行各业的企事业单位,共同推动数字孪生体创新生态的发展。

      虽然数字孪生体联盟成立仅仅六年,但它经历了数字孪生体产业的繁荣、发展和大浪淘沙,现在进入到新的发展时期。

      在数字孪生体联盟成立之初,正好处于我国十四五规划期,当时对第四次工业革命有多种说法,工业4.0研究院把数字孪生体、人工智能和数据科学等判定为第四次工业革命的通用目的技术,展现了利用数字孪生体等颠覆性技术推动经济持续增长之意图。

      近期瑞典皇家科学院将2025年诺贝尔经济学奖授予乔尔·莫基尔(Joel Mokyr)、菲利普·阿吉翁(Philippe Aghion)和彼得·豪伊特(Peter Howitt),以表彰他们“对创新驱动型经济增长的阐释”。

      从颠覆性技术推动创新经济持续增长的角度,数字孪生体、人工智能和数据科学等第四次工业革命的通用目的技术,成为驱动经济持续增长的新动力,或者,它们就是当前最核心的“新质生产力”。

      然而,从颠覆性技术推动新经济增长的历史规律来看,数字孪生体等先进技术转化为新质生产力,需要有效的研发和产业化。

      相比美国完善的数字孪生体研发生态,中国数字孪生体产业还处于初级阶段,大学和研究机构在数字孪生体领域的投入不足,相关核心关键技术未能在过去六年形成突破,导致我国数字孪生体产业发展速度较慢,典型案例不够突出。

      工业4.0研究院针对中美德等多国的数字孪生体产业对比研究显示,美国国防部是其数字孪生体产业发展的核心动力,相比之下,我国还缺乏龙头企业,产业普遍缺乏啃硬骨头(关键核心技术)的动力和实力。

      我国十五五规划期即将开始,工业4.0研究院主持编写了《十五五数字孪生体发展规划》,计划在未来五年期间,推进数字孪生创新计划2.0。

      按照规划思路,利用X孵化器平台,借助近期设立的“工业AI实验室”,在数字孪生体联盟内部,遴选一批基础较好的企业,培育为具有示范效应的创新企业。

      欢迎数字孪生体联盟各成员单位代表,积极联系秘书处交流,把握数字孪生体产业在十五五时期的发展机会。

 

数字孪生体联盟再次启动“数字孪生太空研究小组”

      早在2022年,数字孪生体联盟就启动了“数字孪生太空”(DTS,Digital Twin Space)相关工作,当时还专门写了《我们为什么提出“数字孪生太空”?》一文,介绍数字孪生太空实验室的运行情况。

      建立面向颠覆性创新的实验室,是工业4.0研究院开拓创新的一种方法,为了把数字孪生太空相关研究成果转变为可以持续改建的平台,于是启动了数字孪生太空实验室的建设工作。

      数字孪生体联盟有部分成员对数字孪生太空很感兴趣,申请加入了相关工作。

数字孪生太空研究小组

      数字孪生体联盟宣布“数字孪生太空”项目的时候,已经运行了近一年,该项目处于毕业前夕。

      按照工业4.0研究院的计划,把数字孪生太空项目列入“第四届数字孪生体挑战赛”(DTC 2022)内容,参与DTC 2022的团队有机会成为该项目的骨干,分享该项目增值带来的价值,并成为开拓“数字孪生太空”的一份子。

      后来,该项目继续开展研发工作,逐步把目标确定为解决太空态势感知问题。

      公开信息显示,“数字孪生太空”项目进入X孵化器之后,把研发目标定为解决日益拥挤的太空物体管理问题,这些太空物体包括卫星、太空垃圾等。

      目前太空有近2万个太空物体,涉及到10^14立方公里的范围,将来太空形成产业,会有更多的管理需要。

      更重要的是,通过数字孪生太空项目的开展,能够帮助工业4.0研究院以及相关团队积累关键技术,为下一阶段的颠覆性创新提供基本条件。

      2025年8月16日是数字孪生体联盟的成员日,经过多方协商讨论,数字孪生太空研究小组应运而生。

      数字孪生太空的新时机到了。

 

数字孪生体联盟设立“数字孪生核电”研究小组

      数字孪生体是第四次工业革命的通用目的技术,在工业各个领域有广泛深入的应用,核电作为安全保障要求高、新技术应用深入的领域,一直受到各个国家的能源部门重视。

      按照工业4.0研究院胡权在《数字孪生体:第四次工业革命的通用目的技术》一书中对数字孪生体的描述,为了释放数字孪生体的价值,应为目标对象建立完整的数字孪生体。

      结合到近期跟中核浙能公司的交流,以及正在编写的《数字孪生体:数字空间和物理世界交互的“增长效应”》(第二版)案例分析需要,数字孪生体联盟决定设立“数字孪生核电”研究小组,由工业4.0研究院负责组织工作,各成员单位可以报名参加。

数字孪生核电研究小组

      对于数字孪生核电的研究,虽然工业4.0研究院已经开展了多年,但由于缺乏实际的工程基础,工程化应用的场景还非常匮乏。

      相比之下,美国能源部早在2020年就投入专项资金开展数字孪生核电(DTN,Digital Twin Nuclear)研究,从研究结果来看,相关成果引领了全球数字孪生核电的发展。

      作为了解核电站问题空间的第一步,应开发用于核电站应用的数字孪生体描述。

      美国能源局资助的研究项目,构建了数字孪生核电站,包括四个部分,分别为核电站(NPP)、数字孪生体(DT)、从核电站流向数字孪生体的数据及核电站响应和从数字孪生体流向核电站的执行。

      当信息从核电站流向数字孪生体的时候,即物理工厂流向数字孪生体,该信息通过各种方法(例如数据分析和数据知情模型)进行处理和分析,然后最终以诊断、可视化、运维建议和控制信号等有用形式返回核电站。

数字孪生核电模型

      美国核管理委员会(NRC,Nuclear Regulatory Commission)完成了一个以未来为重点的研究项目,旨在评估核电站的数字孪生体的监管可行性。

      该项目由爱达荷州国家实验室(INL)与橡树岭国家实验室(ORNL)合作完成。

      这个项目的目标是了解数字孪生体技术的现状和核工业的潜在应用,识别并评估可能从监管指导中受益的技术问题,确定并调查核应用中数字孪生体的潜在监管方法、基础设施和指导。

      为了研究数字孪生核电的应用,美国核管理委员会组织了两个关于数字孪生体应用以及先进反应堆和工厂现代化的赋能技术的虚拟研讨会,吸引了来自世界各地的75多名演讲者和700多名与会者。

      研讨会评估了数字孪生体技术的范围,并确定了核工业目前专注于特定数字孪生体启用技术的努力。

      同时,研讨会汇编了在当前和先进的反应堆应用中实施数字孪生体启用技术的一系列挑战和差距。

      2025年7月18日,中核浙能能源有限公司董事长钟华一行到访工业4.0研究院,探讨了“数字孪生核电”应用相关的问题。

      为了更深入了解数字孪生体在核电领域的应用问题,工业4.0研究院牵头组织专题研究,将为数字孪生体联盟成员开展相关工作提供坚实的基础,推动数字孪生体创新生态的发展。

      有意参加数字孪生核电研究小组的成员,请提交申请资料到秘书处,申请报告的格式不限,但应说明自身基础,以及为数字孪生体联盟各成员带来什么价值等问题。

 

数字孪生体科学、技术和工程

导读:按照工业4.0研究院数字孪生体系列文章编写要求,本文作为第一篇文章,从科学、技术和工程的角度谈一谈数字孪生体,并作为撰写的《数字孪生体:第四次工业革命的通用目的技术》(第二版)一书的引子。

      作为物理世界和数字空间的交互体系,数字孪生体(Digital Twin)已经成为科学研究、技术创新和工程应用的新领域,中美两国的专家对此开展了较多的研究。

      从其本质来看,数字孪生体是一种计算机应用,代表了人类社会发展的新方向。

      商务印书馆出版的《现代汉语词典》给出了科学的定义:反映自然、社会、思维等的客观规律的分科的知识体系。

      借助计算机技术,现代科学研究已经呈现“计算化”(Computational)特征,例如,人们熟悉的物理学有理论物理、实验物理,现在还有“计算物理”(Computational Physics),如果引入交互技术,那么就是典型的数字孪生体科学。

数字孪生地球

      英伟达利用自身芯片上的优势,正在开展地球科学的研究,它把这个项目称为“数字孪生地球”(Digital Twin Earth),根本原因就是采用了数字孪生体科学的方法,为地球科学的发展创造了一条新的道路。

      针对数字孪生体科学,美国国家科学基金会(NSF)资助了不少研究课题,特别是在探索数字孪生体本质科学意义上的项目,成为美国继续保持科学引领的重点领域,力求支撑国防、工业和经济的持续发展。

      工业4.0研究院在2023年,正式设立“数字孪生体科学委员会”(DTSB,Digital Twin Science Board),邀请计算机科学、数学、工程和生命科学等领域的科学家参与。

      《现代汉语词典》对技术的定义为:人类在认识自然和利用自然的过程中积累起来,并在生产劳动中体现出来的经验和知识。

      数字孪生体作为人类经验和知识的载体,可以用来改造世界。由于它为物理世界建立了一个数字空间的对应物,更便于人们去跟物理世界交互,这是数字孪生体技术的价值。

      传统的建模仿真能够对简单的系统进行描述,但对于复杂系统来讲,已有的各种技术遇到了瓶颈,为此,DARPA在2009年提出数字孪生体概念,其基本意图是为了创造一套“体系”(SoS)的技术工具,更好的描述、分析和改造复杂系统或体系。

      经过十多年的探索,数字孪生体已经成为一种较为完善的技术体系,在解决体系问题上逐步显露出不可思议的价值。

      对于工程概念,《现代汉语词典》给出了如下定义:土木建筑或其他生产、制造部门用比较大而复杂的设备来进行的工作,如土木工程、机械工程、化学工程、采矿工程、水利工程等,也指具体的建设工程项目。

      数字孪生体是第四次工业革命的通用目的技术,这意味着它在大量的工程领域能发挥作用。

      从数字孪生体在各个行业或领域的工程应用来看,《现代汉语词典》列出的领域都已经包含,土木工程使用建筑信息模型(BIM)实现可视化,机械工程的应用已经形成工业数字孪生体子领域,化学工程利用数字孪生体实现人工智能应用,采矿工程引入数字孪生地球技术提升采矿的效率和安全,我国水利工程已经全面推进数字孪生水利计划。

      由于数字孪生体工程范围非常广泛,同时还融入AI/ML和数据科学等先进技术,形成了一个较为独立的工程方法和应用,美国国防部对此给出了一个新概念:数字工程(Digital Engineering)。

      从以上分析可以看出,经过十多年的发展,数字孪生体已经从概念转变为完善的技术工程体系,并逐步形成一门专门的科学。

      正如本人在《数字孪生体:第四次工业革命的通用目的技术》一书中所写,数字孪生体、人工智能和数据科学等新型技术,将驱动人类社会工业革命进入新阶段。

 

作者:胡权,工业4.0研究院院长、数字孪生体联盟理事长

 

《十五五数字孪生体发展规划》正式启动了

      工业4.0研究院自2014年跟踪研究数字孪生体以来,在2019年确定了数字孪生体发展核心目标,发起了全球第一家数字孪生体联盟,持续开展多项工作,力求建立一个良性发展的数字孪生体生态。

      2021年,工业4.0研究院《“十四五”数字孪生体发展规划》,目前已经完成了大部分目标。为了进一步推进数字孪生体产业的发展,近期启动了《十五五数字孪生体发展规划》。

      作为第四次工业革命的通用目的技术,数字孪生体跟人工智能和数据科学等一起,正在塑造未来社会和商业。

十五五数字孪生体发展规划

      数字孪生体是物理世界和数字空间的交互体系,它是改造物理世界必备的先进技术,随着该技术在各个领域得到验证与应用,将会有更多的人参与到该领域。

      正如工业4.0研究院院长胡权在《数字孪生体:第四次工业革命的通用目的技术》一书后记展望数字孪生体的未来十年,数字孪生体时代正在来到。

      经过数字孪生体联盟五年多的努力,数字孪生体已经得到中美两国政府的高度认可,并把它跟人工智能和数据科学列为国家关键技术,成为驱动国家安全和经济增长的核心动力。

      跟美国相比,我国数字孪生体产业发展还不均衡,处于第二梯队,在十五五期间,应把高质量发展放到首位。

      工业4.0研究院针对数字孪生体的发展情况,做了深入的调研分析。

      分析显示,我国在学术、研发、工程、生态和政策等多个维度均有涉足,但总体来讲大而不强。如果以颠覆性创新或通用目的技术的标准判断,我国还处于认识不清的阶段。

      《数字孪生体:第四次工业革命的通用目的技术》把各种认知分为三个流派,分别为仿真派、连接派和数据派,这三种力量几乎是各行其是,未能就数字孪生体的基本概念建立共识,这一点跟美国国防部引领的状态不同。

      为了进一步扩大美国在数字孪生体领域的优势,特朗普政府计划发布《国家数字孪生体战略》,这将促进其他国家改变对数字孪生体的定位,形成新一轮的数字孪生体竞争。

      在这样的背景下,工业4.0研究院启动《十五五数字孪生体发展规划》,在完成报告编制之后,提交给国家部委参考决策。

      欢迎数字孪生体联盟各成员参与,具体情况请联系秘书处了解。