工业数字孪生系统的概念、系统结构与运行模式

来源：计算机集成制造系统杂志2021年第12期北京时间：

作者：李浩,王昊琪,刘根,王军令等

单位：1.郑州轻工业大学河南省机械装备智能制造重点实验室2.剑桥大学工程学院制造研究所3.浙江大学机械工程学院浙江省先进制造技术重点实验室4.格林威治大学系统管理与战略系5.卫华集团有限公司6.中信重工机械股份有限公司7.河南许继仪表有限公司

摘要：数字孪生的理念与技术最初在制造业形成,随着建模仿真与控制技术的进步,以及新一代信息技术的发展,数字孪生在城市、农业、建筑等10余领域、50多个方向快速推广,这一理念目前已成为这些领域的前沿与热点方向。在对比不同类别的数字孪生系统的关键问题、主要应用场景、关键技术和数据来源等基础上,提出了工业数字孪生系统(iDTS)的概念,总结了iDTS的典型特点,包括以人为中心、“人-机-环境”相互融合、系统高保真度和孪生模型复杂性;iDTS通过由物理层、感知层、孪生层、应用层和控制层组成的系统结构来支撑系统的运行;在此基础上,提出了一个四阶段的iDTS成熟度模型,并分别定义了以仿真为主和以控制为主的iDTS。最后,结合具体工业应用场景,分析了本地化配置的运行模式、基于“云-端”的运行模式、基于“云-边-端”的运行模式和基于分布式计算的运行模式4种iDTS的运行模式,并通过典型案例描述了不同iDTS的运行模式。

关键词：智能制造,工业数字孪生系统,成熟度模型,功能结构,运行模式

基金资助：国家自然科学基金资助项目(52175256,51905493);河南省科技攻关资助项目(212102210070,212102210074)。