国内数字孪生平台与典型案例
来源：《工业数字孪生》
作者：冯方 翁微妮 赵国利
1.华为：云 IoT 解决方案
华为推 出的云 IoT 解决方案可以辅助构建多域数据协同的数字孪生系统，在统一接入制造现场全要素的基础上，对数据进行实时采集、高效治理与科学分析，从而为客户提供场景化、智能化的解决方案，华为云 IoT 的产品架构如图 1 所示。基于华为云 IoT 的数字孪生系统，可以实现对现实生产活动的实时监控，并支持对生产过程进行复盘、追溯，并进一步改进优化。目前，该方案已经在机械加工、钢铁、汽车整车制造等领域快速推广，有利于促进企业的数字化转型，实现降本增效。
图 1 华为云 IoT 的产品架构（来源：华为云平台）
在行业内，华为云 IoT 平台主要有以下优势：
（1）泛在连接
华为云 IoT 平台有强大的网络连接能力，其设备协议库可以支撑水利、交通、工业、环保等领域的 60 余种细分行业协议接入，且接入模式多样，可以与不同行业场景或多源异构数据的接入需求灵活适配。平台采用“端-边-云”的分布式级联架构，支持设备实地、就近接入，从而为从现场到集团中心的多级协同管理提供条件，有助于促进企业运营管理模式的升级优化。
（2）场景化孪生
华为云 IoT 平台中配置的孪生建模引擎可以支持对复杂 OT（操作技术）场景的建模，有着性能可靠、便捷高效等优点。其中，性能可靠体现在支持构建涵盖场景、设备、机理等要素的时空一体的数字孪生模型，而孪生引擎可以提供百万级点位的高并发运行环境，融合计算、响应速度可以达到毫秒级，从而实现对现实世界的精准模拟；便捷高效主要体现在建模方式上，通过塑形即可建模，无须从头开始编写代码。
（3）智能协同
华为云 IoT 实际上也是一个囊括了多种行业生态的工作台，可以大大提高数字孪生系统的构建效率和交付效率。其协同性体现在以下三个方面：
①中心与边缘、边缘与边缘的协同：通过一次集成就可进行多点分发，辅助研发人员快速部署方案。
②多角色的协同：华为云IoT 的行业生态工作台 IoTStage 为各领域的物联网方案参与者提供IHV、SI、ISV 等多种工作台，使参与者能够专注于自身领域，协同产出符合标准要求的内容，并降低批量复 制成本，使任务完成效率得以大幅提升。
③云资源的协同：平台为客户提供各类所需的基础数字资源，客户可以在平台上直接购买、注册或创建。
华为云IoT 数据分析服务基于标准化的建模语言DTML，为数字孪生模型提供了强大的数据支撑。在处理数据分析需求时，通过与资产模型深度整合，可以为开发者提供准确可靠的物联网模型数据。同时，平台中预置了多种与业界实践匹配的工业场景算法模型，客户可以直接调用，由此使数据分析效率大大提升。
华为云IoT 数据分析可以围绕智能化、数字化基础设施构建需求提供相应的能力，主要体现在以下几个方面。
①高效可视化建模能力：华为云IoT 数据分析服务采用图形化建模算法，降低了数字孪生模型的开发难度，提高了建模效率；以树状层级结构描述不同物理对象的内在关系，包括组合关系、空间关系、上下游关系等，赋予了仿真模型构建的灵活性；开发者可以基于需求自由定义或复 制资产模型模板。
②高性能模型构建引擎：华为云IoT 有着强大的数据处理能力，其模型引擎可以快速完成高并发、高实时的计算任务，从而确保数字孪生模型对物理对象映射的准确性；虚测点可以辅助计算单元进行多种形式的计算，例如三角函数、四则运算、科学记数法、流计算等。
③统一模型融合分析能力：围绕数字孪生模型，华为云IoT 可以满足用户在时空维度上的各种数据分析需求。另外，开发者可以通过平台预置的AI应用接口，快速部署AI 应用，从而使数字孪生系统具备了智能优化升级的能力。
2.腾讯：数字孪生云平台
该平台能够有效解决数字孪生模型构建过程中存在的问题，例如泛在触达问题、跨时空协同问题及决策优化问题等，同时可以辅助实现从业务经验到系统性知识的转化。用户可以借助平台能力快速构建数字孪生模型，促进产品、业务的创新。
腾讯数字孪生云平台的主要能力特点如下：
①全真映射。平台集成了全息感知、模拟仿真、音视频传输等技术，可以实现对物理对象在虚拟环境中的精准映射，为获取可靠的仿真数据奠定基础。
②数据驱动。支持对海量真实数据的实时采集与快速分析，在此基础上构建的融合多源数据的仿真模型可以辅助人员进行高效率、高精度的预测分析活动。
③实时计算。基于“云-边-端”协同的分布式架构，可以支持大规模、高时延要求的并行计算，实现对场景、物料、设备、流程等对象数据的高效处理，以智能化的仿真推演辅助人员决策。
④泛在连接。依托于云网络，用户可以随时随地从多个终端访问数字孪生系统，并实现本地（或异地）多用户实时协同，这有助于提升协同作业效率和决策效率。同时，数字孪生系统联通了企业微 信，可以辅助人员在业务活动中高效沟通；基于人工智能算法的游戏化交互，可以使人机交互更加高效、智能。
在实际应用方面，腾讯数字孪生云平台在生产制造、能源、交通、建筑等行业中发挥了重要作用，为其数字孪生应用的优化完善高效赋能：
①在生产制造行业：为工业生产场景提供Wemake数字孪生工厂解决方案，促进工厂、产线、设备、整体作业流程的数字化转型，以满足高效、高质量的制造需求。
②在能源行业：提供覆盖多种业务场景的Tencent EnerTwin能源数字孪生底座，为设备连接、原料产品供应、设施配置、人员安排等提供支持，如图 2 所示。
③在交通行业：提供覆盖全场景的、具有高计算性能的、低时延的数字孪生平台，打通云、边、端的界限，辅助进行合理的交通调度、科学的交通管理，完善应急机制，推动智慧交通的发展。
④在建筑行业：与智慧建筑场景适配的微瓴物联网类操作系统（DigitalBuilding Space Studio）基于开放性的数字孪生底座和统一的接口标准，实现了各个建筑子系统的联通，为建筑管理运营者与建筑业主方的管理提供支持。
图 2 腾讯智慧能源数字孪生的业务价值
（来源：腾讯云平台）
3.华龙讯达：木星数字孪生平台
虚拟空间可以基于物理对象的全生命周期、所处物理空间和各维度状态变化（如物料消耗情况、产线运行状态、产品质量等）等相关数据进行仿真，构建映射真实生产状态的实时镜像，所获取的仿真结果则会反馈到现实世界，从而辅助提升生产流程效率，保障均质生产，促进资源配置优化。
目前，华龙讯达已经帮助多个领域的头部企业搭建了数字孪生工厂，所涉及行业有交通、汽车、航空、新能源装备、医药、风电、核电、石化等。例如，电池行业的头部企业欣旺达利用木星数字孪生平台构建了数字孪生系统生产线，强化了对生产全流程的自动化、智能化管控；华润三九通过木星数字孪生平台，在生产车间引入了远程智能运维、设备生命周期管理、车间数字孪生平台、虚拟培训等应用服务；深圳巴士集团则基于木星数字孪生平台搭建了智能运维管理平台，通过可视化仿真数据驱动管理能力提升，使得公交巴士的调度、故障车辆的处置更为高效，服务质量得到极大提升。
4.卡奥斯：D3OS 数字 孪生平台
图3 卡奥斯 D3OS 数字孪生产品体系（来源：卡奥斯平台）
Data Space 数字空间：可以高效处理不同来源的海量数据，充分挖掘数据价值，辅助企业决策；
D3OS工业操作系统：支持快速创建业务应用，提供自动化部署、管控方案，如图4 所示；
DI Engine 决策平台：依托于一站式构造 AI 算法辅助业务决策与仿真建模，促进生产流程优化、生产效率提高；
DT Studio 数字孪生场景编辑器：可以支撑工业生产虚拟场景的构建，虚拟场景可以分为工厂级、车间级、设备级或零部件等；
IoT Plat 物联平台：可以打通相关设备系统的连接，并与 DT Studio 联动，辅助实现对现实生产环境的高度还原。
图4 D3OS 工业操作系统（来源：卡奥斯平台）
卡奥斯 D3OS 数字孪生解决方案目前已经在矿冶、医疗、轨道交通、高端装备、汽车配件等行业中发挥了重要作用。比如，位于上海的卡萨帝洗衣机制造厂利用卡奥斯D3OS 数字孪生解决方案实现了虚实共生的定制互联工厂的搭建，仿真系统的模拟计算为厂区规划、产线配置到设备调试等各个环节的方案确定提供了支撑。不同产线以及设备的实时孪生数据能够以可视化的形式呈现出来，同时通过AI系统进行优化；强化学习算法能够有效赋能数据洞察与治理，促进产业链优化升级，降低能源损耗。再比如，某医疗设备厂商利用D3OS数字孪生引擎构建的知识图谱可以快速定位问题所在，进而及时解决问题。同时，D3OS可以对生产设备进行实时自动监控，及时反馈异常数据，辅助进行问题分析，为生产作业的全流程管控提供重要支持。
5.力控科技：
ForceCon-DTwIn数字孪生平台
力控科技以物联网、虚拟仿真等技术为基础，推出了数字孪生平台ForceCon-DTwIn，为企业的数字孪生工厂提供整体解决方案，如图5所示。
ForceCon-DTwIn数字孪生平台引入了BS/CS（BS即Brower/Server结构，浏览器/服务器模式；CS即Client/Server结构，客户端/服务器模式）双模式并行架构，可以支持业界大部分主流网络协议、数据库和硬件接口的连接，能够合理划分子系统功能逻辑，具备良好的拓展性和应用性能。同时，平台配置了多样化的功能模块，包括数据管理方面的中间数据库、三维模型管理、H5多形式数据图表展示；实现了运行、操作、告警、监控、门禁等方面的可视化；融合了应用方面的终端协同、应用配置、虚实联动、漫游巡检、B/S信息接入等。
ForceCon-DTwIn能够有效满足企业在互联互通、模拟仿真、三维可视化、实时监测与反馈控制等多个方面的需求。例如，中煤科工西安研究院利用该数字孪生方案实现了对园区的智能化、科学化管理，提升了管理效率，具体体现在：构建了高度还原的园区场景仿真模型，对系统运行情况进行实时监控，以可视化的三维场景数据辅助决策等。
图5 ForceCon-DTwIn 数字孪生平台架构
（来源：力控科技平台）
6.同元软控：
MWORKS.TwinSim数字孪生平台
平台集成了能够满足鉴定测试或运维保障等阶段需求的多种应用模式，包括监测、模拟、预测、评估、控制等，从而能够有效驱动物理对象不断优化。在数据管理方面，平台可以实时接收来自试验、物联网、数据库和各类感知设备的数据，支持同步更新仿真模型数据，并以多种可视化方式（如数值、图表、三维视景等）呈现数据，提供可靠的数据服务。
以航天科技五院为例，该机构应用MWORKS.TwinSim平台实现了对我国航天器在轨运行状态的数字模型实时伴飞，对嫦娥五号探测器供配电系统的在轨运行状态进行全时段、全任务实时监控，有效解决了因非测控弧段缺失遥测数据产生的监控盲区问题，支持对供配电系统运行状态进行仿真推演预测，并能够将其关键指标仿真结果值与实际遥测值的误差控制在5%以内。
MWORKS.TwinSim数字孪生平台还为我国空间站三舱全系统数字伴飞提供了重要支撑。平台在对系统状态实时监控、风险预警与故障分析定位等方面发挥了重要作用，从而有效赋能空间站数字化运维管理。另外，国家数控系统工程技术研究中心也基于该平台构建了数控机床数字孪生模型，实现了对数控机床加工结果的精准预测，使整体加工质量得到显著提升。
