【数字孪生】数字孪生十问:分析与思考.docx

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【数字孪生】数字孪生十问:分析与思考 ? 摘??要:当前数字孪生备受学术界、工业界、金融界以及政府部门关注。然而各界对数字孪生存在不同的理解和认识,对数字孪生相关新概念、新名词、新技术之间的异同存在疑惑,并且对是否适用数字孪生存在决策困惑。为理性和正确看待数字孪生,笔者团队于2019年7月27日在“第三届数字孪生与智能制造服务学术会议”上做了“数字孪生十问:分析与思考”同名题目学术交流报告,对有关问题和国内学者进行了交流讨论。为进一步了解数字孪生国内外学术研究现状,在相关报告内容及思考基础上,首先从时间分布、国家分布、来源出版物分布、研究机构和学者分布、高频关键词分布等不同维度,对2019年12月31日前发表的数字孪生学术论文进行了统计分析。在此基础上,进一步对当前各界关注的①何为数字孪生?②谁在关注数字孪生?③数字孪生:中、美、德,谁更热?④数字孪生与智能制造的关系是什么?⑤数字孪生能否与新一代信息技术(New IT)融合?⑥数字孪生是否存在科学问题?⑦数字孪生何用?⑧数字孪生适用准则是什么?⑨数字孪生是否需要标准?⑩数字孪生是否需要商业化工具/平台?十个问题进行了深入分析与思考,以期抛砖引玉,为研究者更好理解数字孪生,为决策者理性和正确对待数字孪生,为实践者更好落地应用数字孪生提供参考。 关键词:数字孪生;智能制造;十问;新一代信息技术;适用准则;标准;工具与平台 0?引言 数字孪生作为实现虚实之间双向映射、动态交互、实时连接的关键途径,可将物理实体和系统的属性、结构、状态、性能、功能和行为映射到虚拟世界[1],形成高保真的动态多维/多尺度/多物理量模型[2],为观察物理世界、认识物理世界、理解物理世界、控制物理世界、改造物理世界提供了一种有效手段[3]。当前数字孪生备受学术界、工业界、金融界、政府部门关注。 在国内外专家同行指导和帮助下,近年笔者团队在数字孪生车间[4]、数字孪生五维模型及应用[2]、数字孪生使能技术与工具体系[5]、数字孪生标准体系框架[3]、数字孪生驱动的产品设计/制造/服务[6-8]等方面,和国内外学者共同开展了探索性理论研究与实践工作。和国内20多个高校和科研机构共同发起举办了“第一届数字孪生与智能制造服务学术会议”(会议已连续成功召开了3届),并共同开展了数字孪生在制造中的应用探索[9]。针对数字孪生在理论研究与应用实践过程中的瓶颈难题,2019年在Nature发表了数字孪生评述文章[1]。相关工作以期推动数字孪生的发展和落地应用。然而,在交流与实践数字孪生过程中发现,数字孪生在理念、技术、应用等方面,以下问题备受关注: (1)从认识和理解的角度出发??当前对“何为数字孪生”,不同领域、不同学科、不同专业的专家学者存在不同的认知和理解,尚未形成一个统一的、共识的数字孪生定义,缺乏数字孪生理想特征分析。此外,当前国内各个相关会议都有关于数字孪生的交流和报道,导致存在数字孪生在中国关注多,而国际关注少的感觉,缺乏对国内外数字孪生研究现状定量方面的剖析。 (2)从研究和技术的角度出发??从事基础理论的研究者,对数字孪生是否存在或存在什么科学问题非常关注。从事应用基础或侧重技术的研究者,对数字孪生与当前新一代信息技术(如云计算、物联网、大数据、CPS、人工智能等)的区别与关联,对数字孪生、工业互联网、工业4.0、智能制造等理念间关系和相互作用不明,因而期望厘清数字孪生的科学问题以及与新技术、新理念之间的关系。 (3)从应用和实践的角度出发??受数字孪生热潮影响,很多企业期望使用数字孪生技术来实现数字化转型,进而提升智能化水平。然而,在实施数字孪生前,对“数字孪生到底有何用,能解决什么问题”不是十分确定,同时对本企业产品或业务是否适用数字孪生技术等存在疑惑。此外,在决策使用数字孪生后,在实施过程中对是否存在商业化工具(如统一建模工具等)/平台可使用,应遵循什么标准来实施等问题,缺乏参考与指导。 上述疑惑包括以下十个问题:①何为数字孪生?②谁在关注数字孪生?③数字孪生:中、美、德,谁更热?④数字孪生与智能制造的关系是什么?⑤数字孪生能否与新一代信息技术(New IT)融合?⑥数字孪生是否存在科学问题?⑦数字孪生何用?⑧数字孪生适用准则是什么?⑨数字孪生是否需要标准?⑩数字孪生是否需要商业化工具/平台?针对这些问题,本文首先利用文献计量学研究方法统计了2019年12月31日前Scopus收录的所有发表的数字孪生文献,从文献发表的时间分布、国家分布、出版物分布、研究机构和学者分布、高频关键词分布等不同维度进行了统计分析。在统计分析结果的基础上,结合前期相关研究基础,尝试对上述十个问题进行分析和讨论,以期抛砖引玉,供相关学者和感兴趣的同行批判讨论,一起共同探讨从而理性认识数字孪生。 1?数字孪生国内外学术研究现状

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