工业互联网与数字孪生技术

随着创新技术和信息基础设施的快速发展，很多新的技术应用趋势正在以前所未有的速度落地各行各业，带来崭新的数字化价值，数字孪生技术就是其中一个典型的例子。

“ 数字孪生（Digital Twin） ”的设想首次出现于2003年前后Grieves 教授在美国密歇根大学的产品全生命周期管理课程上， 它用来说明虚拟空间构建的数字模型与物理实体交互映射，忠实地描述物理实体全生命周期的运行轨迹。

当下，人工智能、互联网、大数据等新一代信息技术迅速发展，对推动制造业智能化、数字化、网络化进程起到关键作用，尤其是信息技术对于数据的分析能力和强大计算为制造业发展开辟崭新的发展路径，IOT和IT技术的融合越来越受到企业，特别是制造企业的重视。

伴随制造业与新一代信息技术的不断深度融合发展，工业互联网成为制造业从“显”到“隐”的抓手，互联网从“虚”向“实”的载体。工业互联网蓬勃发展离不开技术支撑，包括5G、数字孪生、IPV6、边缘计算、标识解析、PON(无源光网络) 、TSN(时间敏感网络)等都是工业互联网的关键技术。

数字孪生基于物理实体的基本状态，以动态实时的方式将建立的模型、收集的数据做出高度写实的富有逻辑的分析，用于物理实体的监测、预测和优化。 数据和模型的可视化与互联互通，也为更高层次的场景化应用提供了实现基础。

两大关键点： 物理实体和虚拟模型之间的双向连接；连接基于实时数据。 实体和数字孪生体之间形成交互闭环。

三大要素： 传感器、数据集成和分析（智能中枢）、促动器。 例如，上升到战略决策的层面，数字孪生平台还可以助力预测可再生能源发电与供电负荷，实现分布式能源供需的就地平衡，助力解决高比例新能源接入及消纳为电网带来的可靠性挑战。

另外，数字孪生作为 边缘侧技术 ，它能有效连接网络层和设备层，成为工业互联网平台的知识萃取和迭代工具，不断将工业系统中的碎片化知识传输到工业互联网平台中，不同成熟度的数字孪生体和结构，将不同颗粒度的工业知识重新组装，通过工业APP进行调用。站在技术的角度来看，数字孪生的技术体系是非常庞大的。它的感知、计算和建模过程，涵盖了感知控制、数据集成、模型构建、模型互操作、业务集成、人机交互等诸多技术领域，门槛很高。可以说，工业互联网平台是数字孪生的孵化基础， 数字孪生是工业互联网平台的重要应用场景 。数字孪生的技术竞争，实际上是云计算、大数据、3D建模、工业互联网及人工智能等ICT先进技术综合实力的博弈。

工业互联网正在试图打破企业的边界，试图填满IT与IOT之间的各种缝隙，打造模式创新、软件定义、数据驱动的新生态，而数字孪生刚好为融合发展提供了技术和数据的接口。在产品设计中，数字孪生可以分析、展示、预测物理世界和数字模型之间的互动过程。基于数字孪生的设计是基于现有物理产品的虚拟映射，研究大量数据以获取有价值的知识进行产品创新。

数字孪生主要特点：

（1）流动是双向的 ：本体向孪生体输出数据，孪生体也可以向本体反馈信息。

（ 2）全生命周期： 数字孪生可以贯穿产品包括设计、开发、制造、服务、维护乃至报废回收的整个周期。

设计人员只需将需求发布到工业互联网平台，平台管理者就能就精确匹配设计人员需要的数据服务以及用于处理数据的模型和算法服务。通过调用，组合和操作这些服务，结果将返回给设计人员。IOT和IT的融合以“按需付费”的方式，在工业互联网平台上悄然完成。