產業要聞

孔憲光:數字孿生,將成數字化企業標配

作者:陜西省工業大數據專家委員會主任 孔憲光來源:中國電子報、電子信息產業網發布時間:2018-11-28 17:51我要評論

編者的話:兩化深度融合是建設制造強國和網絡強國的必由之路,是我國制造業實現“換道超車”的必然選擇。黨的十八大以來,我國兩化深度融合不斷取得新進展,頂層設計逐步加強,推進體系持續完善,發展成效不斷顯現,兩化深度融合發展步入快速發展軌道,為中國經濟轉型、提質增效提供了強大動力。為集中反映我國兩化深度融合發展的方方面面,中國電子報特別策劃推出“改革開放40年·兩化融合”特刊,邀請主管部門、專家學者撰寫文章,從工業互聯網平臺、制造業“雙創”、工業電子商務、兩化融合體系貫標、工業信息安全、產業數字化轉型、網絡化協同制造等方面,講述改革開放以來兩化融合發展的主要成就,提出新時代我國兩化融合發展的思路建議。

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陜西省工業大數據專家委員會主任

孔憲光

數字孿生技術自提出之日起便引起了國內外的高度關注。近日,就數字孿生技術一些熱點問題,中國電子報記者對陜西省工業大數據專家委員會主任、西安電子科技大學智能制造與工業大數據研究中心主任孔憲光進行了專訪。

數字孿生是建設信息物理系統基礎

記者:請您談談對數字孿生這一概念的認識。

孔憲光:數字孿生技術自提出之日起便引起了國內外的高度關注,我比較認可最新出版的《機智——從數字化車間走向智能制造》中的提法,所謂建立數字孿生關系,就是以“軟件定義”的方式,對物理實體(物理孿生體)建立完全對應的數字虛體(數字孿生體),所創建的數字虛體經歷了從其“形”、其“態”,逐漸向物理實體的“形、態”逼近的過程。

數字孿生是在產品全生命周期中每一個階段都存在的普遍現象,大量的物理實體系統都有數字虛體的“伴生”。從設計開始,到物理產品實現,工藝仿真、制造過程,都可能建立一個復雜的數字孿生,進行仿真模擬,并記錄真實數據進行交互,再到進入消費階段的服務記錄持續更新。數字孿生廣泛應用于產品全生命周期,應用范圍也從產品設計階段向產品制造和運維服務等階段轉移,從裝備級(智能生產線監控、智能裝備遠程服務等)、業務級(研發設計、生產運行、質量控制、試驗測試、運程運維)向產品全生命周期(設計與運維協同、設計與生產協同、試驗與運維協同等),從產業鏈級(協同研發設計、協同制造、集團級質量預警等)向跨產業鏈級(與商業、金融、氣象、建造等)發展。

CPS(信息物理系統)將人、機、物互聯,通過構筑信息空間與物理空間數據交互的閉環通道,實現信息虛體與物理實體之間的交互聯動,數字孿生的出現和發展為實現CPS提供了清晰的新思路、方法和實施途徑,為虛擬空間和物理空間的實時關聯與互動提供了重要的技術支撐。因此,數字孿生是建設CPS的基礎,對產品制造過程的智能化和產品本身的智能化都有著巨大的推動作用。

記者:數字孿生在全球制造業發展情況如何?

孔憲光:國外巨頭投入重金積極研發數字孿生技術。2017年11月,世界最大的武器生產商洛克希德馬丁公司將數字孿生列為未來國防和航天工業六大頂尖技術之首。美國Predix、PTC,德國西門子、SAP等都采用了數字孿生概念,持續加強工業互聯網平臺的數字孿生能力。國內政產學研界都在積極發力推進數字孿生技術,也取得了一些進展。一方面,模型輕量化、MBD、基于物理的建模等模型數字化表達技術的興起和廣泛應用,使得采用數字化方式在產品全生命周期各階段精確描述物理產品成為可能。另一方面,大數據、物聯網、云計算等新一代信息技術快速普及與應用,大規模計算、高性能計算、分布式計算等計算機科學技術的快速發展,以及機器學習、深度學習等智能算法的不斷涌現,使得產品動態數據的實時采集、可靠與快速傳輸、存儲、分析、決策、預測等成為可能。

工業互聯網平臺激活數字孿生的生命

記者:數字孿生如何與當前最新的技術有機結合?

孔憲光:隨著工業互聯網的推進與應用,工業互聯網平臺為智能制造深化應用提供了信息物理融合、交互和應用的基礎。工業互聯網平臺激活了數字孿生的生命,它天生具有的雙向通路特征,使得數字孿生真正成為一個有生命力的模型。數字孿生的核心是在合適的時間、合適的場景,做基于數據的實時正確的決定。智能服務中包括三類數字孿生:一類是功能型數字孿生,指示一個物體的基本狀態。一類是靜態數字孿生,用來收集原始數據,以便用做后續分析,但尚沒有建立分析模型。最重要的一類是第三種,即高保真數字孿生,可以對一個實體做深入的分析,檢查關鍵因素,用于預測和指示如何操作。數字孿生是工業App的完美搭檔,工業App可以調用數字孿生,一個數字孿生也可以支持多個App。將數字孿生作為工業互聯網平臺的知識萃取工具,通過單元級、系統級、系統之系統級的數字孿生體,不斷將工業系統中的碎片化知識產生并封裝到工業互聯網平臺中,將知識顆粒按照個體級、群體級、產業鏈級(社區級)重新組裝,通過工業互聯網平臺的App體系放大傳播。因此,工業互聯網平臺是數字孿生的孵化床,數字孿生是工業互聯網平臺的重要場景。

伴隨數字孿生應運而生的數字鏈,加速了數據、信息和知識之間的可控制相互作用,為正確的時間將正確的信息傳遞到正確的地方提供條件,而基于數字孿生的工業大數據智能分析實現了數據信息知識的高效轉化,加速了信息虛體與物理實體之間的交互聯動,而工業大數據智能分析可以構建更多的數字孿生體。因此,數字孿生是指導工業大數據智能分析的重要方法,工業大數據分析促進數字孿生價值升華。

工業級通用算法和行業級專業算法支撐了數字孿生的挖掘、分析、診斷與預測能力。但在行業適配性、穩定性、可靠性、安全性方面,如何解決海量工業圖像、工業聲音、工業日志等非結構化數據處理問題,解決工業領域碎片化知識處理與挖掘難題,都需要工業人工智能技術的大力支撐。因此,工業人工智能技術發展是數字孿生深度應用的技術支撐。

數字孿生將在未來幾年內成為數字化企業標配

記者:數字孿生市場前景如何?我國應該如何利用數字孿生技術促進智能制造不斷深化應用?

孔憲光:Gartner在2016年和2017年,將數字孿生列為當年十大戰略科技發展趨勢之一。2017年12月,中國科協智能制造學術聯合體在世界智能制造大會上,將數字孿生列為世界智能制造十大科技進展之一。據預測,數字孿生在制造業市場巨大,到2025年將超過780億歐元。到2020年,全球領先的2000家企業中的30%,都會使用數字孿生來進行產品創新。到2021年,50%的大型企業都將使用數字孿生。未來幾年,數字孿生技術將飛速發展,以數字孿生為核心的產業、組織和產品將如雨后春筍般誕生、成長和成熟。每個行業、每個企業不管采用何種策略和路徑,數字孿生將在未來幾年內成為數字化企業的標配。因此,我國應從數字孿生標準、關鍵技術、理論和方法等角度,確定數字孿生典型模式,加快布局建設,為工業互聯網平臺創建更多的有特色的App應用,促進智能制造不斷深化應用。


責任編輯:趙強
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