调度计划执行过程中的不确定因素进行分类，在此 基础上采用带精英保留策略的多目标遗传算法完成 了对包含工序跳跃和加工时间可控特征的钢厂调度 计划的编制工作。 数字孪生 (Digital Twin) 数字孪生技术是将目标的实体模型在虚拟空间 中通过数字仿真技术实现实时连接，其最早由美国 国防部提出 [7]。在指定产品的设计及生产过程中，首 先需要对产品的模型参数进行详细分析建立全三维 调一致，减少生产误差累积对产品的影响。西门子 公司在提出工业 4.0 时，也采用数字孪生技术建立了 安贝格数字化工厂，最大限度实现了生产自动化与 设计自动化，在生产与设计的不断反馈中实现自我 提升，大大提高了生产效率，降低了工厂生产及运 智慧钢铁 科技前沿 Advances in Science 33 营成本。美国大和钢铁，通过数字孪生技术对厂内 设备及生产情况进行实时模拟，通过实时的 3D 设备 仿真连接到自动化系统，完成系统的测试及提前优 化。此外，在数字孪生系统下采用 X-Pact@智能分 析工具根据经营者的不同生产策略进行仿真得到对 应策略下的产能分析结果，这给生产决策提供了自 动化评估使系统调试时间减少 30%。宝武钢铁集团 有限公司采用数字孪生技术结合无人机技术完成了 对宝山钢铁厂生产基地中各工厂位置、内部设备以 及钢铁生产等实时数据的绑定。操作人员可以通过 在

需求。暖通空调“自控”，面临重大需求的挑战。 从“自控”到“智控”，并不仅仅是一个名词上的变更，而是暖通空调系统控制领域从内涵到外延的又一次深刻的变革。要在满足 传统反馈控制的特点上，通过先进算法、数字孪生等技术，优化求解，才能实现各种控制需求。 AI技术的飞速发展，正好为我们所面临的变革提供了一个宝贵的机会。从感知层面看，不断丰富的大数据，为我们提供了越来越 多的基础研究数据；从执行层面看，AI 渗透，人工智能、自学习控制 算法、物联网（IoT，Internet of Things）、云边协同架构、建筑信息模型（BIM，Building Information Modeling）与数字孪生等创新应用，使暖通系统从“设定被动控制”加速走向“主动感知与优化”，不仅实 现了更高水平的能源效率，还在健康、安全与舒适体验方面带来了质的提升。 在这样的背景下， 《中国暖通智控行业白皮书》旨在 Controller）控制器与控制平台构成，基于专家经验或算法（如预测控制、 机器学习）生成设备调控策略； ●执行层：通过执行器、变频器等装置对设备运行进行精确调节； ●优化与交互层：通过可视化平台、BIM与数字孪生，支持运维人员的决策与系统持续优化。 如果设备是楼宇建筑中的 “器官”，那么暖通智控是楼宇建筑中的“神经系统”，通过连接控制各类设备，实现楼宇 建筑的高效低碳运行，智控决定着楼宇建筑整体解决方案

..........................31 1 一、工业互联网发展现状 （一）工业互联网的内涵与意义 近年来，数字经济浪潮席卷全球，新一轮产业变革蓬勃兴 起，以未来网络、数字孪生、大数据、人工智能等为代表的新 一代信息技术与工业技术加速融合，在一定程度上颠覆了传统 的生产和商业运营模式。各工业大国凭借各自在信息技术领域 的领先优势，加快实施一系列针对传统工业数字化转型升级的 支持， 为不同领域、不同部门的技术人员提供一致的开发环境，通用 的开源及商业软件，提高开发效率和代码复用率。 随着科技的不断进步，新兴技术逐渐成为数字化转型的重 要抓手。在能源化工行业，数字孪生、区块链、量子信息技术 等前沿技术的应用正逐渐改变传统行业的运作模式。通过新兴 技术平台，为用户提供统一的技术服务，可降低新技术的应用 成本，快速推进新兴技术落地应用，加速场景普及。 16 性维护，保障设备高可用性，两者协同减少人工干预，使生产 效率、资源利用率与设备综合效能同步提升。生产系统通过深 度学习技术持续自我优化，提升生产效率，在降低能耗的同时 保持高效稳定的运行。数字孪生技术的引入，助力设备的精细 化监控，为资源的精准调度与配置优化提供了强有力的技术支 撑。 （三）基于新兴技术的智慧经营决策 借助 AI Agent 等的部署，使企业能够在经营管理中获得更

化的有：船舶数字孪生系统、海洋漂浮式光伏发电、4D 打印的形状记忆聚合物智能结构、多频全球导航卫 星系统精确定位方法、微型超级电容器、基于纤维素气凝胶的摩擦纳米发电机。新兴前沿则包括：基于深 度图像的场景解析、快速超分辨超声成像、相变储能、多尺度复合材料能量吸收结构。2018—2023 年，各 前沿相关的核心论文发表情况见表 2.2。 （1）船舶数字孪生系统 船舶数字孪生系统是指基于数字孪生构建的 模型与数据共同驱动的各类应 用。借助数字孪生跨时空的特性，船舶数字孪生系统可以更快、更全、更优地监控、分析、预测、优化、 控制物理船舶。船舶数字孪生系统相关技术包括船舶全要素感知技术、虚拟船舶模型构建与迭代技术、船 舶孪生数据处理与管理技术、智能化船舶应用开发与服务技术、虚实船舶通信交互技术等。围绕船舶全生 命周期，目前相关研究主要集中在数字孪生驱动的船舶设计、建造、故障预测与健康管理、运营管理等。 营管理等。 未来具体的技术发展趋势包括基于数字孪生的船舶设计建造一体化、基于数字孪生的船舶虚实融合试验、 多学科船舶数字孪生模型精准构建与同步演化、船岸虚实平行运维管控等。 表 2.1 机械与运载工程领域 Top 10 工程研究前沿 序号 工程研究前沿 核心论文数 被引频次 篇均被引频次 平均出版年 1 船舶数字孪生系统 23 589 25.61 2020.3 2 海洋漂浮式光伏发电 16

据麦肯锡全球研究院的预测，伴随着 自动化技术和人工智能技术的发展， 到2030年，预计全球将有8亿个工作岗 位被机器取代。若发展相对缓和，也将 有4亿个工作岗位被取代。工业人工智 能、虚拟PLC、数字孪生和无代码/低代 码开发等技术是推动变革的关键技术。 其中，尤其是人工智能技术，显著提升 了工业自动化和工业机器人的性能，具 体体现在四个方面： （一） 增强感知能力：人工智能中的计 算机视觉、语音识别等技术，极 拥抱智能： 2030中国智能制造及自动化行业展望 7 融合生态 拥抱智能： 2030中国智能制造及自动化行业展望 8 字孪生的思想，利用工业信息模型、 知识图谱、图数据库等技术，将人、 机、料、法、环等工业生产要素从物 理空间映射到信息空间，构建统一的 数字化、虚拟化孪生信息模型，并利 用信息空间对数据综合分析处理的 能力，对来自物理实体的实时数据进 行分析，理解对应工业生产过程的 变化，进行有效决策，并做出响应到 变化，进行有效决策，并做出响应到 物理实体。通过这种软件定义机制， 各工业生产要素对象变得高度模块 化，可实现积木式搭建和动态组合； 上层应用和底层生产要素解耦分离， 可实现制造资源的灵活复用和按需 调配；物理实体与孪生信息模型之间 交互联动、虚实映射，通过数据融合 分析、制造过程全流程仿真、决策迭 代优化等手段共同作用，实现工业生 产制造过程的持续优化。通过对工 业生产制造过程中的经验、领域知 识和模型进行显性化、模型化、数字

“超级大脑”对海量的数据进行管理，这是核心。 镜像 / 数字孪生信息物理电网， 基于数据建立的物理电网系统在数字空间的映射。基于物 理电网中的传感器和智能设备的数据，应用强大的算力算法构建电网运行导航决策系统。 线 路 厂 站 设 备 数字孪生电网： 主网 + 配电网 + 微电网一全息镜像系统 18 数字数据 镜像孪生体 外观形态 + 拓扑关联关系 数字孪生电网 站 物 理 电 网 ： 口运行导航决策：透明电网运行决策关键技术 口智能调度决策 □ 电网安全域辨识与控制、直流故障辨识与决策 口多道防线协调控制多能互补协调 □ 新能源接入、虚拟电厂、柔性电网 口数字孪生：透明电网运行数字数据关键技术 口发电预测 口负荷预测与辨识 口电网状态数字数据 透明电网运行 电力系统优化目标 控制 信息 电力系统智能计算及自动导航 控制 微调”的行业底座 ( 如“电力 GPT”) 。 2. 多智能体协同 · 大模型作为调度中枢，协调发电、储能、用户等多元主体，支撑新型电力系统“源网荷 储”互动。 3. 数字孪生集成 · 结合电网数字孪生平台，实现大模型在虚拟空间中的仿真推演与闭环优化。 4. 标准与生态建设 · 制定电力 AI 大模型的数据、算法、安全标准，推动电力人工智能大模型发展。 未来趋势 中国南方电网 CHINA

场景应用，实现了“地质辅助生产”到“地质指导生产”的转变，对 推动全国煤矿智能化透明地质保障系统建设具有重要的示范意义。 4.设备全生命周期管理平台提升了煤炭开采设备的安全保障能 力。全生命周期管理平台融合数字孪生、故障预测与健康管理（PHM） 等技术，通过构建“设计-制造-运维-报废”全流程数字化管控体系， 实现设备从“出生”到“退役”的全过程智能管控，推动设备安全管 理模式从被动抢修向主动预防的变革。例如，中国煤科王坡煤矿建设 精确调控钻孔轨迹，配套实时监测系统与地面远程信息交互平台实现 多维度多场景同频互动；中国中煤大海则煤矿融合雷达、槽波、钻孔、 勘探等数据建立工作面精确地质模型，再结合设备精确位置、姿态信 息、运行状态等数据，应用 5G、数字孪生、数据分析、视频 AI 识别 等技术，形成了“全面感知、高速传输、智能决策、自主割煤、视频 跟机”少人采煤模式。 2.以成套装备为核心的智能快掘技术推动掘进效率不断提升。形 成了分别以连采 智能化选煤厂从单点智能向全流程产品控制转变。选煤厂技术 装备在煤矿智能化建设中也取得了重要突破。例如，中国中煤大海则 选煤厂实现了从原煤储运至产品装车的智能化系统全覆盖，各系统自 动运行、自主调节、智能决策以及全系统三维数字孪生，智能加介、 压滤等控制系统生产现场无岗位工，选煤厂生产运行工作人员的数量 和工作强度显著降低，生产工人劳动定员减少 48 人，降低材料消耗 10%～15%，精煤回收率提高 0.3%～0.5%，选煤厂智能化应用率

量关键矿物需求 的依赖，提高供应链上下游组织的韧性和可持续性。矿业及金 属公司对冶金学以及这些材料保持独特的理解，并且知道这些 材料要保持其用途所需具备的属性。领导者有机会利用这些 专业知识以及数字孪生和人工智能等技术，推动其组织通 过创建新的、更可持续的商业模式和物料流来参与并引领 循环经济的发展。” 14 趋势 2:塑造关键矿产供应链 引言 趋势 1:引领矿业及金属行业步入新时代 趋势 事项之间取得平衡， 许多经营者加力优化现有运营策略，以减少资源使用和浪费，缓解劳动力压力，并提高产 出。 越来越多的企业将智慧运营用作管理错综复杂的优先事项和需求的解决方案。在矿区使用 AI、数字孪生和预测分析等先进技术，有望提高成本效益和韧性，并在运营效率、员工安 全和可持续发展绩效方面取得可衡量的成果，这对于在未来的投资和人才争夺战中占据领 先优势至关重要。 Steve Dyson，德勤澳大利亚战略、风险与交易部门主管合伙人 承包（EPC）模式或设计采购与施工管理总承包（EPCM）模式交付。 数字孪生：先试验再作出运营决策 棕地项目可以改用智慧运营模式，但考虑到涉及的成本和后勤工作，部分企业认为这一选 项并不划算。但就绿地项目而言，从一开始便优化资产运营方式和运用智慧运营思维将产 生巨大商业效益。 为此，企业需使用数字孪生——物理资产或流程的虚拟副本。数字孪生使用初始仿真数 据和对物理资产或流程进行监控的传感器等设备最终所收集的数据创建。相关数据后续

年产绿氨 2 万吨，后续 30 万 吨绿氨生产项目正加快推进。中能建敖汉旗及元宝山区风光制氢氨一体化项目已 获批准，这是中能建氢能源有限公司在内蒙古自治区开发的首个绿氨项目。 新型电网、数字孪生电网、透明电网等建设推进新型电力系统创新发展。电 网公司一方面通过特高压交直流电网建设助力沙戈荒新能源大基地的开发建设， 另一方面通过柔性直流输电网、构网型新能源技术、构网型储能技术、电网侧新 热水清洁化率达 100%，建筑电气化率超 80%，形成“节能设计-清洁供能-智慧 调控”一体化可持续人居解决方案。2024 年装配式建造成本与传统现浇差距缩 至 5%，政策补贴加速技术普及。数字孪生技术正成为设计优化的核心工具，头 部企业设计碳排放模拟准确率达 90%，动态优化使方案碳排降低 15%-30%。 光储直柔+AI 算法驱动运维智慧升级。建筑运维碳排放占全生命周期 60%以 精准化与运维预防性实现能效跃升。AI 算法优化设备动作轨迹（如泵车布料、挖 掘机铲斗路径），减少无效能耗；数字孪生技术模拟设备运行状态，预判故障并 优化维护周期，降低停机损耗。更深层的价值在于数据驱动的碳效管理——实时 监测设备碳排放强度，动态调整作业策略，使单位工程量碳排下降 20%-30%。三 一重工“灯塔工厂”数字孪生技术实时优化泵车臂架动作，布料精度±2cm，能 耗降低 18%，年节省燃油成本 500