数字孪生工厂建设方案 目录 目 录 数字化工厂概述 数字孪生在数字化工厂的应用实践 01 02 01 PART 数字化工厂概述 我们理解的数字孪生 产品孪生 生产孪生 运维孪生 我们理解的数字孪生 Lil - 虚拟产最开发 E$ - 物塑产晶制造 全集成自动化 单板测试分析 单板工艺设计 装配工艺设计 试验 Prof inet 入 Profbus 物流规划 结构分析 工厂规划 人机分析 单板设计 CMM 测量 NX MW NX PDW 测试验证 产品数字孪生 4 — FEA / CFD 仿真分析 形成实时的从虚拟到实物的闭环

数字孪生智慧工厂解决方案 目录 01 总体架构 02 解决方案 03 实施保障 01 总体架构 总体架构 孪生与数字底座工具链 工具链：孪生工厂遵循 DevOps 进行微服务开发， 调用 AI 求解器进行运筹计算， 同时调用统一门户进行用户、组织等管理。 孪生与数字底座中台 ▌ 业务中台：所有公共和共享业务场景汇集到中台包括设备中心、订单中心、计划中心等，并将业务数据给数据中台进行治理，同时孪 完成的数据支持订阅和 API 网关的统一调用， 形成业务数据模型供孪生工厂使用。 孪生与数字底座模型 利用数据模型建立各模型的关联关系网， 通过统一模型的统一编码识别到虚拟设备， 将物模型 / 业务模型贯通到虚拟设备 中，形成数据驱动虚拟设备的仿真可视。将算法模型 / 成本模型引入到虚拟设备， 用作孪生的仿真分析及优化。 数据模型关系图谱 孪生与数字底座 IOT ▌ 数据采集：软网关采集完数据后会将实时数据统一推送到 送到 IOT 平台。 IOT 平台会进行数据物模型构建，把实时性要求高的数据 通过数字底座 IOT kafka 推送 /mqtt 订阅到孪生工厂进行调用 ， 同时数据中台进行存储供孪生工厂进行历史回溯分析。 ▌ 反向控制：针对部分设备的控制，孪生应用先通过 IOT 传输控制信号到 kepware 网关进行试点处理。试点验证后所有上下行都 通过物联网平台 - 软网关链路。 入

期: 2449–2470 c ⃝ 2025 《中国科学》杂志社 www.scichina.com infocn.scichina.com 面向低空经济的低空网络技术创新与应用专题 . 论文 数字孪生驱动的低空智联网自智管控架构及 关键技术 喻鹏1, 谭灿1, 李文璟1*, 张俪馨1, 郭少勇1, 邱雪松1, 洪韬2, 付澍3, 王尚广1, 孟洛明1 1. 北京邮电大学网络与交换技术全国重点实验室 网络管控技术难以满足业务随需服务要求, 亟须融合数字孪生、自智网络、分布式人工智能等新型技 术突破管控瓶颈. 为应对以上挑战, 本文分析了低空智联网的特征和需求, 提出了数字孪生驱动的低 空智联网自智管控架构. 依托自智管控闭环, 分别分析了低空网络层、数字孪生层、自智管控层的功 能, 并针对各个层次的关键技术, 包括低空组网覆盖和资源分配技术、网络资源孪生建模与状态同步 技术、动态网络性能状态的小尺度 案 等, 进行了介绍. 结合关键技术, 本文进行了低空智联网自智管控实例设计, 验证了网络性能预测机 制、资源状态孪生同步机制以及低空网络自主部署机制的有效性. 最后总结低空智联网的未来技术挑 战, 为未来低空智联网的智能化、自主化运维提供了技术参考. 关键词 低空智联网, 数字孪生, 自智网络, 网络管控 1 引言 近年来, 随着低空飞行相关技术装备的迭代升级与系统化突破, 产业链与供应链体系的协同构建

5G-A 通感一体化技术和北斗 导航系统应用，通信能力、导航精度和监视范围不断提升。 航路网（规划》》形成惯例业态）航线划设 低空四张网 航行保障基础设施，包含低空数字空域图、空域表示、数字孪生、 3D 地图、知识库和 规则库等。为低空飞行提供精确导航和规划服务，确保飞行准确、高效，能简化飞行审 批流程，提高空域资源利用效率。未来空中交通管理系统不断完善，航路网作用将更重 要。 服务网（运营） 低空经济的产业发展与市场拓展 06 业务关联的初步设想与实施策略 数字孪生技术，即数字镜像技术，是 一种通过创建物理实体的虚拟副本， 来实现对实体状态、性能和行为的模 拟、分析和预测的技术。在低空经济 领域，数字孪生技术通过将低空活动 镜像化到虚拟世界，为低空活动的管 理和优化提供了全新的视角和手段。 数字孪生技术的概述 01 在低空经济中，数字孪生技术可以实 现对低空活动的实时监控和分析，为 低空交通管理、空中救援、环境监测 低空交通管理、空中救援、环境监测 等领域提供决策支持。通过云计算、 大数据、区块链等技术的支撑，数字 孪生技术能够智慧地保存过程数据和 结果数据，为低空经济的发展提供数 据基础。 数字孪生技术的实践 02 数字孪生技术的应用 安全是低空经济发展的前提和基础。在低空 运营服务中，安全性不仅关系到人身安全， 还关系到低空经济的可持续发展。因此，安 全技术的研发和应用对于低空经济的健康发

60%。应用场景向多领域纵深拓展，物流领域形成无人机航线动态 定价模型，农业领域建立病虫害识别数据集交易平台，城市治理领域开发低空安防数 据包产品。2025 年市场规模预计突破 800 亿元，催生空域风险评估、航路数字孪生等 新兴服务，但数据隐私保护和跨境流通规则仍是关键突破点。 一、引言：低空数据交易发展趋势概况 1.1 政策驱动标准化进程 国家部委加速推进低空数据确权与交易机制建设，工信部牵头制定飞行轨迹、气 7. 价值释放开发行业指数等数据产品，将数据转化为有价值的信息和产品，实 现数据资产的价值变现。 4.2 典型场景实践 在物流配送场景中，通过构建路径优化数字孪生体，对物流配送过程进行模拟和 优化，降低了 30%的配送成本。数字孪生体能够实时反映物流配送的实际情况，通过 对各种因素的分析和模拟，找到最优的配送路径和方案。 在电力巡检场景中，利用大数据湖一体化平台实现了缺陷识别准确率提升至 75%，大大减轻了业务人员的工作负 担；异常事件预警准确率达 92.3%，能够及时发现和处理潜在风险。 5.2 演进方向 未来，大数据湖一体化平台将朝着多个方向不断演进。在技术融合方面，探索数 字孪生与元宇宙技术集成，为低空产业带来全新的应用体验和发展机遇。通过数字孪 9 生技术实现对低空场景的精准模拟和仿真，结合元宇宙技术打造沉浸式的交互环境， 提升业务的智能化和可视化水平。 在生态扩

：现有模型无法准确描述高炉内 部实际状况 ，控制效果不理想。设备故障、 原材料波动等复杂工况的应对能力不足。 现状评级 ：★★ 工具软件 ： 回转窑智能监测系统、生球粒度在线识别 系统、球团生产数字孪生 知识模型 ：智能配混模型；布料、干燥预热、焙烧、 冷却等工序的智能控制模型；工序关联模型 数据要素 ：视野范围温度、 回转窑设备参数、材料导 热系数、球盘转速数据、新增图像采集数据、盘内加水 5. 敏感数据安全管控技术不足 ，全流程可 视化难 n 现状评级： / n 工具链：模拟与优化工具 ，包括流程模拟与优化工具、 Pro/II 、 ChemCAD 等专业软件。数据分析与挖掘工具；数字孪生与虚拟仿真工具链；人工智能与机器学习工具链 n 数据链：关键数据要素包括企业布局、原油油种选择来源、上游原料供给情况与下游消耗 ，结合原料运输；生产装置设计数据；工艺技术路线选择 n 痛点问题：站在企业角度 SH01-ABCD-1-12 主场景：工艺装置智能专家远程诊断优化 现状评级 ：★★ 工具软件 ：炼油过程模拟软件、化工流程模拟软件、工艺模拟与优化软件 知识模型 ：故障诊断图谱、动态优化模型、数字孪生体 - 机理模型与实时数据融合、语音 - 数据关联模型 数据要素 ：装置操作实时数据、 LIMS 数据、设备历史数据、设备振动数据、工艺知识库、多模态数据 人才技能 ：工艺诊断专家、工业数据工程师、

的 理设施 和 时空资源 ，支撑、管理、服务各类有人和无人低空飞行活动。 深圳市低空智能融合系统平台 ，已初步构建深圳市低空要素与卫星 图 、 形 、建筑、道路等 面 要素融合的低空数字 孪生底座 ，接入全市超 6 万架无人机实时飞行动态数据及相关起降点、航线数据 ，提供全域的低空态势情况、展示低空航 线和 轨迹动态、显示飞行器或者空域异常时间并告警 ，实现低空空域使用率、航路占用率、航线热度等分析功能。 围绕低空经济从试验探索向规模化发展的核心问题 ，深城交提出了“全流程数字化平台、全产品一体化交付、全周 期投建营服务”的综合性、交钥匙解决方案 ，推动产业落地和模式创新。 1.1 低空管服平 台 1.2 基于数字孪生的低空 平台 1.3 低空智能融合平 台 3.1 基础设施投建营 模式 3.2 系统平台投建营 模式 3.3 产业生态发展模 式 2.1 设施方案 设计 2.2 专业工程 设计 2 应用商业及规模发展期，融合数字孪生、时空引擎等技术支撑融合飞 行 当低空经济发展成熟，基于数字孪生 + 多模态 AI+ 时空引擎技术

充、重卡换电、乘用车闪充三大前沿生态，以高品质充换电需求带动大功率充换电技术和 产业发展，全面开启“油电同速”新时代。 “AI+能源” 数字平台 立足全球最优最好“AI+能源”产业生态，强化人工智能先锋城市、数字孪生先锋城市、极速 先锋城市三大底座赋能，着力塑造实时感知、全域互联、数字底座和绿色算力四大核心优 势，打造能源行业专用智慧眼、聪明脑和灵巧手，系统化实现数字化、智能化、绿色化高 效升级。 电碳融合 >100万新能源车 300万燃油车 1002座 296座 精细建模 海量物联技术 100+ 设备接入协议汇聚集成 亿级设备实时接入能力，毫秒级响 应速度 统一时空信息平台 全要素数字孪生 全域 CIM 底座应用 毫秒级模型高精渲染 L4 级别全要素建模 全市域级 多模态数据融合处理技术 日均处理数据量 500TB 70 多类数据源融合碰撞分析，单设备 停电时间 0.13 小时/户，线损率 2.07% 建成 11 个高品质供电引领区，平均停电时间小于2.5 分钟 超 80 万户家庭开通碳账户，累计减碳量约 2.6 万吨 超大城市数字孪生电网平台 可进化 10G 电网高速专网 电网规划数智大脑，接入全市数十万栋 建筑数据 千伏千安兆瓦闪充 全直流配电

物理电网数字化：构建四个数字化，打造“数字电网”孪生体 物理电网 数字电网 电网设施数字化 IT 设施数字化 生产运营数字化 指挥调度数字化 物联网 大数据 人工智能 电网 GIS 云计算 风电场 火电厂 光伏 储能 居民负荷 商业负荷 充电桩 风电场 火电厂 光伏 储能 居民负荷 商业负荷 充电桩 数字孪生 物联感知 指挥调度 智能作业 模拟测试、运行、调度