2020年8月22日,中政国研信息服务中心受XXXXXX有限公司委托对该公司自主研发的“基于数据驱动的数字孪生协同仿真平台研发及产业化”项目组织科技成果鉴定。
按照该项目应用领域、产业化推广角度出发,中心邀请中国民营科技促进会为该项目成果鉴定牵头单位,并邀请了中科院软件中心张研究员、航天科技集团科技委倪研究员、广汽所研究院叶高级工程师、航天科工集团第三研究院杨研究员、中国汽车技术研究中心王研究员、工信部中小企业发展促进中心童处长、科技部火炬中心周研究员等七位国内知名专家参与评审。
XXXXXX有限公司郝海生工程师详细阐述了立项课题背景。以物联网、大数据、人工智能为代表的数字浪潮席卷全球,2020年国务院政府工作报告中提出打造数字经济新优势。物理世界和与之对应的数字世界正形成量大体系平行发展、相互作用。数字世界为了服务物理世界而存在,物理世界因为数字世界变得高效有序。在这种背景下,数字孪生技术应运而生。
数字孪生技术与工业互联网、5G结合,促进信息空间与物理空间的实时交互与融合,在信息化平台内进行更加真实的数字化仿真,并实现更广泛的应用。基于模型系统工程的数字孪生在线协同设计平台实现了面向工业互联网的在线协作设计。
目前数字孪生应用主体不再局限于基于物联网来洞察和提升产品的运行绩效,已经延伸到更广阔的领域,例如工厂的数字孪生、城市的数字孪生,甚至组织的数字孪生。
在制造业领域,国际数据公司(IDC)表示现今有40%的大型制造商都会应用这种虚拟仿真技术为生产过程建模,数字孪生已成为制造企业迈向工业4.0的解决方案。到2020年,估计有210亿个连接的传感器和终端服务于数字孪生。
数字孪生作为解决智能制造信息物理融合难题和践行智能制造理念与目标的关键使能技术,得到了各个行业的广泛关注。在制造领域最先使用“孪生”概念的是美国国家航空航天局(National Aeronautics and Space Administration, NASA)。当时,在阿波罗项目中NASA制造两个完全相同的实物空间飞行器,通过对地面上的“孪生”飞行器进行仿真实验和数据分析。来反映和预测空间飞行器的飞行状态,此时“孪生”飞行器还为实物。从那时起,航空航天研究者开始把NASA的路线图称为定义数字孪生的开创性工作,此时,阿波罗项目中的“孪生”飞行器由实物转化为虚拟产品(数字化产品),极大的减少了国家经济的支出。随后美国洛克希德·马丁公司研发了基于模型的数字孪生设计平台进行数字产品模型设计与验证,该平台已应用于美国猎户座飞船等。
随着卫星技术的快速发展,卫星作为高成本的复杂航天设备,其设计、总装等过程一直存在数字化程度低、智能化水平不足等问题。数字孪生技术引入卫星全生命周期,借助孪生模型与仿真,协助卫星的多维设计与实践,从而提高卫星设计与制造的强数字化和高智能化;同时,数字孪生应用于卫星的故障预测与健康管理,实现卫星的远程监控、状况评估、预测故障发生、定位故障原因并制定更为合理的维修策略,从而大大提高其安全系数与维护成本。
工业互联网平台通过汇聚整合多类市场主体和资源,围绕数字化平台形成了新模式、新业态。20世纪90年代以来,以互联网为载体的数字化平台加速崛起。全球市值最高的十家公司中,20年前没有一家平台企业,10年前仅有微软1家,2019年已经有7家,苹果、谷歌、微软等平台企业的市值超过美孚、强生等跨国企业。基于模型系统工程数字孪生在线协同设计平台ModelOS应势而生,在数字孪生时代,全力发展数字孪生时代的标准硬件架构、模型操作系统以及模型的在线集成开发环境,为助力中国引领数字孪生时代下的模型生态贡献力量。
本项目主要应用于智能无人装备的研发,包括航空航天、陆军智能无人装备、海军智能无人装备、空军智能无人装备研发等,例如卫星、无人机、作战机器人、无人车辆以及无人潜航器的研发。该成果应用于智能无人装备研发场合,增强新概念智能无人装备的开发原型开发与验证能力,可作为军工科研院所研发环境支撑以及军队用户对新概念智能无人装备的预先研究与效能评估。
本项目是“基于模型系统工程的数字孪生在线协同设计平台”采用“模型定义装备”的理念与国际领先的FACE架构,研发出一套面向高智能高复杂度系统研发的,从数字概念模型到实物产品的全流程、智能化的高效数字孪生研发平台。
之后,中心组织专家围绕该项目涉及的项目主要原理、技术内容及路线、等问题与项目单位展开交流,在详细听取了项目单位的研发描述、技术总结后总结出该项目以下创新点:
1)基于HDL模型的原型快速可重构硬件技术。该技术实现了基于HDL模型设计的仿真与代码自动生成。
2)多物理域模型统一仿真运行平台构建技术。该技术基于模型及物理引擎的统一控制,实现了多物理域模型的集成连续运行,有效克服了因建模软件不同造成的模型仿真的孤立化问题。
3)具有自主知识产权的系统级建模工具SystemStudio,支持SysML1.6中规定的需求图、模块定义图、内部模块图、包图、参数图、活动图、序列图、状态机图、用例图的设计功能。
4)实现了远程在线协同的三维模型设计虚拟实验室,可支持千人规模的基于模型的在线协作研发。
专家审查了用户使用报告、第三方权威检测报告及相关专利等证明材料,对比国内外行业技术现状,最终该项目整体水平达到国内领先。