2.2 数字孪生的典型应用场景

在提升孪生精度、延长孪生时间、拓展孪生空间三大类数字孪生应用模式中，提升孪生精度的应用比例达到87%，远超过延长孪生时间和拓展孪生空间的应用比例。这也说明，当前数字孪生应用仅处于初级阶段，更多的是对“点状场景”能力提升的简单应用，而在全生命周期应用、复杂系统应用等方面稍显不足。数字孪生典型应用场景分析如图2-5所示。

图2-5　数字孪生典型应用场景分析

（数据来源：工业互联网产业联盟案例征集及互联网案例整理，共300个）

提升孪生精度的应用依次涵盖了“简单描述”“通用诊断”“智能决策”“自主控制”四大层级。当前，数字孪生应用更多停留在“简单描述”“通用诊断”层级，二者应用比例之和达到了71%，智能决策类应用相对较少，自主控制类应用比例最小。其中，简单描述类数字孪生应用涵盖了设备3D可视化联动、工厂3D可视化监控、厂外物流可视化监控、基于AR/VR设备巡检等；通用诊断类应用除了包含基于CAE的产品数字化研发外，还涵盖了大量虚拟制造应用，如设备自动化虚拟调试、工艺流程虚拟规划、高危装备操作模拟培训等；智能决策类应用是将仿真建模与数据科学融合后产生的综合决策应用，如基于IoT数据驱动的资产实时仿真运维、基于AI技术优化的工艺流程智能仿真等；自主控制类应用是指智能决策类结果形成控制指令，自主控制物理对象行为，形成闭环优化的应用。

在延长孪生时间的应用中，少数企业围绕设计制造一体化、全生命周期优化等数字孪生应用开展积极探索，二者应用比例之和达到10%。如在产品设计制造一体化方面，达索公司将产品3D设计与增材制造结合，用户自行设计产品后可以直接下发到增材制造设备，打印出3D产品。在全生命周期优化方面，机械工业第九设计研究院股份有限公司帮助红旗工厂HE焊装车间打造数字孪生工厂，先通过事件仿真工具进行产线规划，再利用前期规划阶段的建模成果，与物理产线进行实时数据连接，构建工厂级数字孪生监测体系，实现了工厂全生命周期管理。

在拓展孪生空间的应用中，主要涵盖同尺度孪生对象协同和不同尺度孪生对象协同两类应用。同尺度孪生对象协同应用的典型代表是基于多智能体的机群调度应用，如民用机场的飞机航班调度、无人战斗机群的作战调度等。不同尺度孪生对象协同应用的典型代表是“机械-电子-软件”一体化的复杂系统优化，如西门子基于数字孪生技术开发自动驾驶汽车产品PAVE360，集成了从芯片设计到软硬件系统、整车模型及交通流量等不同领域和尺度下的模型，形成了跨尺度数字孪生构建能力。