数字孪生制造新范式

影响未来十年的先进制造技术和实践 胡权 工业4.0研究院院长李生体联盟理事长工信部工业领域评标评审专家库专家2021年5月16日数字李生体联盟 目录 先进制造需要解决什么问题？ 全球数字李生制造三大流派 打造数字李生体DigitaltwinNet 三 工业4.0研究院的探索与实践 四 目录 先进制造需要解决什么问题？ 全球数字李生制造三大流派 打造数字李生体DigitaltwinNet 工业4.0研究院的探索与实践 2019年，美国工程院发布《工程前沿》报告，指出四个关注领域，其中数字李生体是数字化转型时代的先进制造技术 自2009年DARPA提出“数字李生体”概念之后，美国科学家和工程师逼力合作，解决了理论研究，工程验证（悦念）、关键技术等问睡，工业4.0研究院认为，数字李生体范式基本形成， 美国空军妍究实险室专家帕米控，可布林回联了数字李生体10年发展情况，做了精彩的演讲，她判定，数字李生体范式建设已经进入到新阶段了。 追到上个世纪80年代，日美先进制造之争，体现了高度集成架构和开放架构两种工业暂哲学的竞争，其影响一直延续至今 对于自动化行业来讲，“集成”是一个关键远汇，为了完成某种技术应用目标，没计某种特定的工程系统就成为装备系统的核心工作了，所调特定的工程系统，可以重用的级别大都在“部件”，而不是“系统模块”，这实际上是人类社会工业化进程中一真的困题：非标（非标准化）， 美国牵望采用开放架构，重构工业系统，但最终并未实现滚目标， 198的年月，在适产名们械信每产业月半行了 1980年，美国空年下次入出至拍了（下一代2ta 从美国空军下属实验室的下一代控制器》（NGC）项目来看，类似PC的开放架构，它设计的NGC较多借鉴了类似的工程思路 2019年5月19日，本人在中国自动化学会前沿学科分享中，以（工业互联网体系下的控制系统命题》做了一次分享，认为工业直联网即为“开故架构”，它延续了早期的NGC工程模式，但如何平衡数字化和工业化需要，这是一个较为实出的挑战。 大家都不愿意去做工艺、材料等方面的改进，这会导取完整产业链有邮分缺失，从而使得“产业化”的目标难数字化客易实现“服务化”和“分享”目标，但对于工业化来讲，客易大幅改变传统的价值链结构，从而使得以形成. 回到全球先进制造业竞争格局，各个国家都希望解决技术周期切换的问题，找到种新制造范式，引入新一代数字技术，提升生产力水平 在过去20年期间，全球制造业普遇处于生产过剩的状态，一方面促使解决生产力效率的互联网谨发展，另由在2015年开始进入第四次工业革命亮争中来了，方面，全球主要发达国家推进“去工业化（转移低端产能）和“再工业化”（加强先制造）的进程，中 对于进入后工业时代（人均GDP为1万美元）的中国，如何平衡数字化和工业化之间的融合，是第四次工业革命的核心命题 进一步推进互联网公司的反举断，重点解决其“市场活语权”太大的降递，互联网公司本质上不创造“工业增加值”，从推进我国制造业亮质量转型来讲，必须适当控制互联网公司毫无边界发展的劳头， 对于工业企业数字化转型来看，继续推进两化胜合，让多种制造范式进行应用，以适应制造业多样化的特点和要求，诸如工业互联网，数字李生制造等新范式的应用，有助于实破开放和集成的颈，推动先进制造业进入第四次工业革命发展阶段， 目录 先进制造需要解决什么问题？ 全球数字李生制造三大流派 打造数字李生体DigitaltwinNet 工业4.0研究院的探索与实践 从研发设计、生产制造和运行维护三个阶段来看，美国、中国和德国形成了三种不同的模式，特别是生产制造环节基于各种原因有较大的不同 在研发没计和运行维护两个环节，各国专家有较为一取的选择，但在生产制造环节，主要存在美国、中国和餐国三大主流的做法，美国沿费传统的STEP数据标准，中国以陶飞等学者的看法比较典型，德国依托工业4.0行生出来的“密产管理壳（AAS，AssetAdministrationShell） 一）如何解决正向设计问题，大部分基于系统工程V型图做了改进，波音公司和中航工业等公司做了大量的探素 随着工业系统数字化程度越来越高：人们引入了系统工程或基于模型的系统工程（MBSE），然而由于系统工程方法过于复杂，对工作人员要求非常高，实际应用上仅限于航空航天、汽车等领城 波音公司主管Don.Far提出，应该改变这样的现状，他率头发起了系统工程方法的变革，提出了宝石模型，中航工业前融总经理张新国在演讲中，尝试提出了数字李生体驱动的系统工程方法， （二）在生产制造环节，主要形成了美国、中国和德国三大流派，它们决定了全球数字李生制造流派 美国一直想解决“数字制造”的问题，核心是制造数据的交换、流动和分享，STEPTOOIs的创始人积极参与了ISO23247国际标准的制定， 中国散字李生制造模式希望构建类似工业互联网全面的体系，模型较为复象。德国工业4.0体系下的密产管理走，过于强调保护传统自动化厂商承（用，导致创新不足，进服级慢 美国收字字生制造模式 国际标准组织ISOTC184正在推进数字李生制造标准ISO23247，目前已经形成了以数字李生制造平台为核心的标准体系 目前有不少研究机构围绕ISO23247设计符合自身需要的数字享生制造标准，美国STEPTooIs结合到美国国防希望在数字李生制造方面，单续引领全球的先进制造创新，部、NIST和DMDI的需要，做了不少研究工作，延续了上个世纪80年代NIST推进STEP数据交换标准的努力， （三）在DARPA提出数字李生体之后，AFRL承担了工程概念验证的任务，启动“机身数字李生体”，其目的就是实现数字李生运行维护 法“提高分析的准确性和及时性，以便为结构维修计划是供信息美国空军研究实验室的工程师们，在为空军战斗机机体结构检修维护的时候，具有强烈的动机去寻求更好的方 目录 先进制造需要解决什么问题？ 全球数字李生制造三大流派 打造数字李生体DigitaltwinNet 三 工业4.0研究院的探索与实践 2007年李飞飞在ImageNet上的探索，推动了深度学习的发展，当时DARPA深受感触，希望对三维或多维数字物体应用深度学习 李飞飞在2007年与普林斯顿大学教授克里斯带安费尔验姆会面讨论了该项目，他是WordNe的创建者之一在WordNet基础上，李飞飞组建了一个研究团队，致力于ImageNet项目 imageNet项目是一个大型视觉教据库，用于视觉自标识别款件研究，该项目已手动注释了1400多万张图像以指出隧片中的对象，并在至少100万张图像中提供了边框， 对于三维乃至多维的物理系统，可以建立数字李生体，利用深度学习的方法，实现自动选择特征值（Features）的应用，从而改变物理世界的应用 目前不少学者在尝试建立数字李生体的深度学习方法，主要是基于物理系统自身的深度学习方法，这是从李飞飞之前建立的mageNet工业4.0研究院是出的DigitaltwinNet的演进，工业4.0研究碗认为，可以为特定物理系统建立深度学习模型和尊法，从而实现真正的“深入骨罐”的暂能化应用，这应为第四次工业革命的重大实破， 对于物理设备和系统的数字李生化（DigitalTwinning），可以有多个维度的三维几何模型，工业4.0研究院把它分为五个等级 在（数字李生体：第四次工业革命的通用目的技术》一书中，胡权明确指出数字李生化（DTL，DigitalTwinning）分为5个等级，根据数字李生化过程中解决的技术难题不同，我们可以把5个等级简化为3大类，分别为初极数字李生化。中级致字李生化和高政字李生化， 如果实现了数字李生体深度学习的通用方法，那么将对各行各业产生颜覆性影响，工业4.0研究院根据应用特征，分为三大类应用行业和场景 在数字李生体：第四次工业革命的通用日的技术》一书中，分析了三大类九种行业，指出每种行业的特点和发展见律，阐释了字李生体产业的广泛性， 数字李生体技术将在多个领城得到应用，切实推进人类社会各行各业的数字化转型，点 目录 先进制造需要解决什么问题？ 全球数字李生制造三大流派 打造数字李生体DigitaltwinNet 工业4.0研究院的探索与实践 四 自2013年成立以来四，工业4.0研究院乘承“引领第四次工业革命”原景，定位为“兰德”和"DARPA自的有机融合体，加速颜覆性技术的发展 工业4.0研究胱2015年开始系统研究数字李生体，形成了完整的方法论和应用场量，目前进入“数字李生+应用场果，推动数字李生体往通用自的技术（GPT，General-PurposeTechnologies）发展，战略实能阶价段，即在继续推进数字李生体研究的同时，利用“降维策略”，从入手容易、价值较大的行业建立 一）在开展数字李生体研究同时，工业4.0研究院配合国家发改委/中央网信办、工信部和中央军委等部分编写政策文件，推动数字李生体产业发展 在工业4.0研究院支撑下，国家发改要和中央网信办于2020年4月7日发布了关于推进“上云用数赋智”行动培育新经济发展实施方案，提出了包含数字生体的新一代数字技术和“款字李生创新计划”等内客，2020年8月21日，国资委发布了《关于如快推进国有企业数字化转型工作的遇知》，提出了要大力应用数字李生体等新一代值息技术，推动国有企业字化转型， （二）针对电力行业的需要，工业4.0研究院设计了“数字李生电网”体系，形成了1.0、2.0和3.0的演进路径 按暖《数字李生体）一书提出的“降编策路”，电力行业比校合应用数字享生体，基于数字享生基础没施，通过建立全局，全生命周期的数字享生电网，可以帮助电力企业实现较好的经济效益， 目前工业4.0研究院依托数字李生体联盟，正在开展《数字李生电网白皮书》的编写 （三）工业4.0研究院为了推动无人系统的发展，建立了“UXV创新实验室在应用深度学习方法，实现真正智能化的无人系统正 通过建立结构的件多维度数字李生体，可以引入深度学习方法，从而实现真正意义上的DigitaltwinNe效果这对于预测性维护乃至个性化系统提供了非常有前累的应用 基于数字李生城市开源社区，工业4.0研究院在建设智禁城市、智能汽车和能源互联网等一体化的生态， 工业4.0研究院发起的数字李生体联盟，代表了中国市场经济的活力，体现了其前瞻性和创新性，成为全球数字李生体领域的一支独特力量 作为全球第一个数字李生体行业组织，数字李生体联盟（DTC，DigitalTwinConsortium）由工业4.0研究院态，雅动数字李生体产业发展，率头发起，于2019年10月16日成立，专注款字摩生体关键技术的研发，立足开源社区建设“款字李生创新生 全球各个国家纷纷布局数字李生体，工业4.0研究院参与其中，扮演了较为重要的角色，希望更多的创新力量加入，共同实现第四次工业革命