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当前数字浪潮奔涌而来,数实融合成为每个行业的“必答题”,促进数字化转型驱动生产和生活方式的变革,在此背景下把握好数字空间和物理空间融合、交互与协同成为重要的行业命题。
"在数字时代的大背景下,数实融合发展不断深入,数字孪生作为产业数字化核心技术之一,其大规模应用还处于起步阶段。但面对着诸多领域的转型升级需求,其发展势头十分强劲,成为政产学研用等各界的重点关注领域,数字孪生俨然已走到了新时代的聚光灯下。"
近日,腾讯发布了《腾讯数字孪生云白皮书》(以下简称“报告”)。该报告由腾讯研究院、数字孪生产品部、智慧行业八部、智慧交通事业部和智慧行业五部门共同编制,全面阐述了数字孪生的发展背景、技术体系、应用场景和演进趋势,多维且深度地解构了数字孪生全链条。
同时,报告还从数字孪生云底座、核心技术能力、典型行业服务等方面展示了腾讯深耕数字孪生的决心和成果,其“坚持开放生态与合作共创”的理念也得以彰显,腾讯也能够以此为契机,携手各界伙伴共同探讨并推动数字孪生产业发展,这也是该报告发布的初衷。
据报告显示,数字孪生已成为科技战略和产业转型的关键抓手,为抢抓数字孪生发展机遇,美国、欧盟和中国等从数字孪生技术、应用、投资、生态等维度进行了积极布局。美国方面,主要以国防科技战略为驱动,完善数字孪生顶层设计,进行数字孪生项目投资,推动跨行业应用,培育产学研生态;欧盟方面,顶层设计与项目投入同步进行,加大数字孪生在不同领域的落地布局,推动数字孪生在环境保护、城市建设、生产制造等领域的投资和应用。
我国数字孪生政策布局早已开启,经过不断演进,逐步形成了“技术+应用”的双轮驱动体系,为产业发展营造了良好空间,借着十四五规划的东风,国家层面和各个地方都在推动数字孪生技术创新,拓展数字孪生在泛行业的纵深应用。
报告指出,经过持续的技术迭代和实践探索,数字孪生以“模拟仿真”为起点,经过多年的实践和理论发展,逐步形成了“几何+机理+数据驱动”的应用范式。从内涵定义上看,数字孪生是对物理实体的数字化表达,以历史数据、实时数据为基础,融合几何、机理、数据驱动等多种数字模型,实现对物理对象的映射呈现、分析优化、诊断预测以及闭环控制。在实施层面,数字孪生需要达到“能交互、可计算、易应用”三个要求。
报告还指出,数字孪生技术体系涉及数字支撑、孪生构建、人机交互三大类技术,这些技术不断进行创新升级,共同提升了数字孪生的实时性、精准性、灵活性和交互性。
其中,几何建模及展示技术路径呈现出多样化趋势,推动了数字孪生向建模高效、实时展示、部署灵活的方向发展;物联网、数字线程、大数据为数字孪生提供了数据支撑能力,人工智能也促进了数字孪生预测能力;仿真建模开始向集成和实时演进,助力数字孪生构建精确模型;数字支撑技术进行持续迭代,夯实了数字孪生的基础能力;XR技术基于沉浸式交互能力,拓展了数字孪生的应用空间。
纵观数字孪生的应用规划和实践,不同领域对数字孪生有着不同的应用场景和价值诉求,报告总结了“制造、能源、城市、建筑、交通、水利”六大行业和“设计/仿真、生产/作业、服务/运营、安全/管理”四大场景,借助数字孪生可优化规划设计结果、提升生产作业效率、变革服务运营范式、提高安全管理水平,数字孪生的探索应用逐渐向行业全生命周期渗透。
报告还分析了未来数字孪生发展过程中面临的诸多挑战,在标准体系建设方面,数字孪生的应用包含了不同结构、不同来源、不同对象的数据以及多尺度、多物理场、多学科的模型,因此,数据层面和模型层面的标准均亟需统一,另外,产品互通等标准的缺失也限制了数字孪生产品间的协同配合,所以,产品层面的标准也需进一步完善;在开源生态构建方面,数字孪生作为当下再次兴起的交叉技术,需要进行多角度布局,比如,需要里程碑式的开源项目将其技术推向大规模工程化应用,需要实力雄厚的基金会等长期资金支持,需要产业参与者提高开源及贡献意识,需要丰富的开源生态将活力注入其发展进程中等等。
报告还指出,大规模、多尺度的数字孪生可视化与仿真分析将成为未来城市、工业、交通等多类行业共性需求,但由于物理世界的连续性和复杂性,全息精细的刻画和模拟仿真仍存在难点,融合了机器学习、多尺度建模以及分布式高性能计算的技术将是解决此类问题的关键。对此,腾讯亦可结合自身AI、云计算等技术优势,助力数字孪生持续演进。
展望未来,数字孪生对数实融合发展的重要性不言而喻,随着政策环境和用户需求的变化,其在助力产业互联网发展过程中价值越发明显。相信不久的将来,数字孪生将成为千百行业数字化工具,万物孪生逐步照进现实。
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