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《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。

 

数字孪生体成为“第二种抵消技术”

      熟悉美国第三次抵消战略(Third Offset Strategy)的读者应比较清楚,2014年美国国防部提出该战略的时候,把正在蓬勃发展的人工智能(AI)确定为核心技术,一般称为第一种抵消技术(Offset Technologies)。

      为了加快推进人工智能的发展,2016年10月,美国发布了《国家人工智能研究与发展战略计划》(National Artificial Intelligence Research and Development Strategic Plan),该计划迅速引起了全球各国的注意。

      我国在2017年7月8日,公布了《新一代人工智能发展规划》,迅速加入了人工智能竞争中去。

美国数字孪生体战略

      近10年中美两国在人工智能领域形成你追我赶的态势,美国虽然在芯片和算法占据领先地位,但我国在应用上独具一格,同时也积极追赶美国在芯片和算法的优势,近期DeepSeek就给美国人工智能领域带去了冲击。

      对于这样的境地,美国早在2018年就明确要开辟第二战场,那就是“数字孪生体”(Digital Twin)。

      数字孪生体是DARPA在2009年提出的一个新概念,它主要目的是为体系(SoS,Systems of Systems)建立一套科学工程方法,后来在美国空军和美国海军共同支持下,数字孪生体获得了快速的发展。

      当美国国防部在2018年发布《数字工程战略》的时候,开始提出推动数字孪生体成为第二种抵消技术的想法。

      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,对DARPA如何认识数字孪生体有较详细的介绍。

      基于对数字孪生体概念的深刻理解,本人把数字孪生被定义为“物理世界和数字空间的交互概念和技术”。目前看来,本人给出的定义跟美国政府设立的数字孪生体行动委员会给出的解释类似,都是从颠覆性技术、产业演进和经济发展等多个维度去认识的。

      所谓抵消技术,它是为抵消战略服务的,具备我强敌弱的特征,要么对手无法理解或错误理解,或者我方拥有该技术相关的“互补性要素”(Complementary Items),借助路径依赖的战略逻辑,成为我方拥有非对称优势的前提。

      数字孪生体是一种多学科、多领域、多产业的颠覆性技术,对研究人员有较高的要求。

      一般情况下,研究数字孪生体的人员既需要理解各种学科相关技术的通用性特征,把它们抽象为一种通用目的技术(GPT,General-Purpose Technologies),又要理解技术如何演变为产业,最终推动国民经济大规模持续增长。

      即便如此,数字孪生体研究人员还要能够持续开展相关工作,这对国家科学基金的资助能力提出了挑战。

      美国在推进数字孪生体的过程中,其资金主要来源于美国空军和DARPA,甚至美国国防部一些官员都难以理解并给出资助。

      从人们熟悉的国家科学基金会(NSF)来看,它在数字孪生体发展的前10年,基本上没有授予多少数字孪生体项目,这种情况直到最近几年才有所改变。

      按照抵消战略和抵消技术的逻辑,拥有认知偏差的技术,才有机会成为跟对手不同的战略选择。如果大家都选择重视某特定技术,该技术产生出奇制胜的可能性就没有了。

      以20世纪80年代美日先进制造之争为例,当时日本笃信下一代人工智能将改变全球计算机产业的格局,在制造业则大力推广“智能制造系统”(IMS,Intelligent Manufacturing Systems)计划;美国依靠其完善的基础研究能力,认为所谓下一代人工智能的基础条件不具备,因此智能制造系统在十年内根本无法实现,转而重视数字工业数据标准的发展。

      认知决定国运。

      对决定大国命运的未来技术,很难通过一群功成名就的院士专家投票表决来确定,让相关交流讨论更透明,或许才能避免类似的状况再发生。

      工业4.0研究院2014年就关注数字孪生体的发展,在过去10年期间,通过身体力行推进我国数字孪生体产业的发展。

      在2016年,工业4.0研究院设立数字孪生体研究中心;2019年发起世界第一家数字孪生体联盟(比美国同名联盟早7个月);2020年出版第一本产业视角的《数字孪生体:第四次工业革命的通用目的技术》书籍;2021年成立数字孪生战场实验室,探索数字孪生国防体系的发展。

      作为独立的研究机构,工业4.0研究院将继续耕耘数字孪生体为核心的第四次工业革命研究和探索,为我国现代化发展做出贡献。

 

作者:胡权,工业4.0研究院院长、数字孪生体联盟理事长

 

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