2020年7月，國際市場研究機構(gòu)Research and Markets發(fā)布《數(shù)字李生市場研究報告》，分析預(yù)測了2030年全球數(shù)字孿生市場的發(fā)展情況。該報告指出，隨著工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的日益普及，預(yù)計全球數(shù)字孿生技術(shù)在2020一2030年內(nèi)年復(fù)合增長率將達到39.7%，到2030年，該行業(yè)產(chǎn)生的收入將從2019年的36451億美元增長到732254億美元。2020年，數(shù)字孿生技術(shù)進入快速發(fā)展期，應(yīng)用范圍不斷拓展，各企業(yè)相繼推出相關(guān)軟件平臺或解決方案，其相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的制定也在持續(xù)推進。
1.具備數(shù)字孿生功能的制造軟件平臺與解決方案持續(xù)更新
2020年7月，德國西門子公司在2020西門子工業(yè)論壇上發(fā)布了兩款數(shù)字孿生相關(guān)解決方案，賦能企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。一是用于數(shù)控機床Sinumerik One的控制器平臺，其具有創(chuàng)建相應(yīng)“數(shù)字孿生模型”的多功能軟件，可實現(xiàn)虛擬和現(xiàn)實的無縫交互，幫助機器制造商和操作員在純虛擬環(huán)境中開發(fā)產(chǎn)品。二是用于流程工業(yè)的云解決方案PlantSight能夠為不同源頭和類型的數(shù)據(jù)打造廣泛、無縫、一體的數(shù)字化環(huán)境，為工廠創(chuàng)建活靈活現(xiàn)、可持續(xù)更新的“數(shù)字孿生”模型，從而幫助客戶有效管理工廠全生命周期內(nèi)的所有相關(guān)數(shù)據(jù)，同時該平臺支持工廠狀態(tài)的實時呈現(xiàn)，可提高設(shè)備可用性，降低運營及維護成本。
2020年11月，美國Authentise公司和Nebumind公司開展合作，將Nebumind數(shù)字孿生工具集成到Authentise制造執(zhí)行系統(tǒng)中。Nebumind工具生成“數(shù)字孿生”可視化效果，將3D打印設(shè)備參數(shù)和傳感器數(shù)據(jù)與原始零件幾何形狀融合在一起，以幫助用戶更輕松地識別每個零件的問題區(qū)域，提高檢查效率，預(yù)計返工需求識別速度可提高10倍。兩個系統(tǒng)的集成還確保了3D打印零件數(shù)據(jù)的端到端可追溯，確保數(shù)據(jù)的安全可靠。
2.數(shù)字李生技術(shù)在復(fù)雜系統(tǒng)全壽期各階段獲得應(yīng)用
2020年2月，賽峰集團(Safran)在法國中部建立新工廠為歐洲超大型望遠(yuǎn)鏡(The European Extremely Large Telescope，E-ELT)的主鏡生產(chǎn)鏡片。該工廠開發(fā)出名為“建造信息模型”(BuildingInformation Modeling，BIM)的數(shù)字孿生技術(shù)，通過3D掃描儀對所有生產(chǎn)區(qū)域進行數(shù)字化掃描以識別工廠設(shè)施的每創(chuàng)建完整的3D工廠數(shù)字模型，從而為工廠提供數(shù)字化工具，優(yōu)化設(shè)施管理和工藝流程，提升工廠運營智能化。
2020年5月，美國勞倫斯·利弗莫爾實驗室采用多物理場仿真工具ALE3D，為粉末床激光熔融工藝構(gòu)建了“數(shù)字孿生”模型。借助該模型，研究團隊通過將模擬結(jié)果與X射線及光學(xué)成像捕捉到的試驗數(shù)據(jù)進行比較，實現(xiàn)了粉末床激光熔融
3D工藝在微觀尺度下的模擬實驗。
2020年6月，加拿大航空航天公司AV&R為其機器人操作軟件BrainWave增加了數(shù)字李生功能，可實時采集生產(chǎn)過程中機器人系統(tǒng)的基本數(shù)據(jù)，實現(xiàn)機器人系統(tǒng)單元的仿真與可視化。該軟件通過實時協(xié)調(diào)機器人系統(tǒng)所有組件之間的交互，方便工人使用機器人系統(tǒng)執(zhí)行飛機發(fā)動機關(guān)鍵部件的表面精加工，可大幅縮短飛機發(fā)動機零件制造或維修的時間，并實現(xiàn)機器人系統(tǒng)的預(yù)測性維護，有效減少生產(chǎn)停機時間。
2020年8月，美國海軍研究實驗室與南卡羅來納大學(xué)簽訂了一份920萬美元的合同，為美國海軍艦船開發(fā)“數(shù)字孿生”系統(tǒng)。該系統(tǒng)將用于海軍電氣系統(tǒng)的指揮、控制和預(yù)測，使艦船操作員能夠充分利用艦船的電氣系統(tǒng)來滿足關(guān)鍵任務(wù)需求。南卡羅來納大學(xué)將進行電力和能源系統(tǒng)的建模和機器學(xué)習(xí)研究，并開發(fā)“緊密耦合”軟硬件，以演示、測試和驗證“數(shù)字孿生”控制系統(tǒng)的有效性。“數(shù)字孿生”系統(tǒng)將提高美國海軍艦船動力系統(tǒng)和平臺的彈性、效率、適應(yīng)性和自主性，并為美國海軍艦船上昂貴的電氣部件提供實時監(jiān)測和預(yù)測性維護。
2020年8月，美國國家制造科學(xué)中心(National Center for Manufacturing Sciences，NCMS)通過國防部“用于維修活動的商業(yè)技術(shù)計劃”(Commercial Technologies forMaintenance Activities，CTMA)為一架1985年開始服役的B-1B“槍騎兵”戰(zhàn)略轟炸機創(chuàng)建整機數(shù)字孿生模型，為供應(yīng)商相對單一或缺乏的老舊備件的生產(chǎn)制造提供便利。該數(shù)字孿生模型的創(chuàng)建便于維修人員使用虛擬現(xiàn)實和光學(xué)設(shè)備進行檢驗、培訓(xùn)和維護活動，進行飛機性能預(yù)測，實時診斷飛機結(jié)構(gòu)的健康狀況，以實現(xiàn)轟炸機服役到2040年的目標(biāo)。
3.行業(yè)聯(lián)盟推進數(shù)字孿生技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展
2020年2月，美國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟正式發(fā)布《工業(yè)應(yīng)用中的數(shù)字孿生：定義、行業(yè)價值、設(shè)計、標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用案例》(Digital Twins for Industrial Applications:Definition,BusinessValues,Design Aspects,Standards and Use Cases)白皮書，旨在尋求“降本、提質(zhì)、增效”有效途徑的商業(yè)領(lǐng)袖、系統(tǒng)架構(gòu)師，以及在數(shù)字李生領(lǐng)域從事研究、開發(fā)、部署和測試實踐的相關(guān)人員，提供數(shù)字李生在工業(yè)應(yīng)用中的操作指導(dǎo)。該白皮書從工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的視角闡述了數(shù)字孿生的定義、商業(yè)價值、體系架構(gòu)及實現(xiàn)數(shù)字李生的必要基礎(chǔ)，通過不同行業(yè)的實際應(yīng)用案例闡釋了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與數(shù)字孿生的關(guān)系。
2020年5月，美國Ansys、微軟、戴爾、澳大利亞Lendlease等公司共同宣布成立數(shù)字孿生聯(lián)盟，旨在制定數(shù)字孿生路線圖及行業(yè)應(yīng)用指南，開發(fā)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，增強數(shù)字孿生的可移植性和互操作性，推動數(shù)字孿生技術(shù)在更多行業(yè)的應(yīng)用。該聯(lián)盟在成立短短幾個月的時間內(nèi)，已有來自全球政府、工業(yè)界、學(xué)術(shù)界的150余會員加入。美國空軍研究實驗室、通用電氣、諾斯洛普·格魯曼(Northrop Grumman)等軍工巨頭均是該聯(lián)盟的創(chuàng)始成員，其在數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用方面的成功經(jīng)驗將為數(shù)字孿生技術(shù)推廣應(yīng)用奠定堅實基礎(chǔ)。
2020年8月，數(shù)字孿生聯(lián)盟與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟達成協(xié)議，共同加快數(shù)字孿生技術(shù)的開發(fā)、應(yīng)用，并創(chuàng)造經(jīng)濟效益。合作內(nèi)容主要包括：在標(biāo)準(zhǔn)化要求方面進行協(xié)作；通過協(xié)調(diào)技術(shù)組件及其他要素來實現(xiàn)互操作性；協(xié)調(diào)在術(shù)語、安全、模型和支撐技術(shù)等方面的工作，以便實現(xiàn)在各領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用；加強信息交流，聯(lián)合舉辦研討會和拓展市場營銷。
4.對中國的影響與啟示
當(dāng)前，數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用的主陣地是制造業(yè)，也是推進實施智能制造的重要使能技術(shù)。美國、德國、中國等國家的工業(yè)界、學(xué)術(shù)界在數(shù)字孿生與工業(yè)4.0及智能裝備/工廠/服務(wù)相結(jié)合方面開展了大量研究。數(shù)字孿生技術(shù)已經(jīng)開始在復(fù)雜產(chǎn)品研制、生產(chǎn)與運行維護等多環(huán)節(jié)部署應(yīng)用。
中國數(shù)字孿生技術(shù)還處于初步探索與實踐環(huán)節(jié)，面臨諸多發(fā)展難題，推進數(shù)字李生技術(shù)深入應(yīng)用可從以下兩個方面入手：一是加強數(shù)字孿生技術(shù)的頂層謀劃，在相關(guān)規(guī)劃、計劃中明確數(shù)字李生技術(shù)的應(yīng)用戰(zhàn)略和目標(biāo)，搭建數(shù)字孿生關(guān)鍵技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、軟硬件配套等總體發(fā)展架構(gòu)，制定數(shù)字孿生技術(shù)發(fā)展路線圖；二是以需求迫切、基礎(chǔ)較好、潛力巨大的應(yīng)用場景為突破日，前瞻性地開展“數(shù)字孿生”項目，在重點領(lǐng)域、重點環(huán)節(jié)率先實現(xiàn)應(yīng)用突破。
