德国数字孪生技术的发展应用

为了占据数字孪生体技术前沿阵地，早在2020年9月23日，两大协会“德国机械设备制造业联合会（Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau，简称VDMA）”和“德国电气与电子工业协会（ZVEI e. V. - Verband der Elektro- und Digitalindustrie，简称ZVEI）”就联合成立了“工业数字孪生体协会”（Industrial Digital Twin Association ，简称IDTA），推出了被德国称之为制造业数字孪生体的“资产管理壳（Asset Administration Shell ，简称AAS）”这一理论概念。目前，德国在数字孪生技术的发展应用方面主要涵盖了智能制造、基建设施、能源领域、铁轨交通、城市管理等领域，展现了数字孪生技术在不同行业的广泛应用潜力和实际成效。

智能制造：

在工业4.0的背景下，德国许多制造企业采用数字孪生技术来优化生产流程、提高产品质量和降低维护成本。例如，西门子公司紧跟德国工业4.0和智能制造的发展趋势，将数字孪生技术融入到其数字化战略中，并深入到解决方案中。西门子利用数字孪生技术模拟整个工厂的运作情况，从产品设计到生产再到服务，全程实现数字化。其数字孪生体应用模型包括数字孪生产品、数字孪生生产和数字孪生体绩效，形成了一个完整的解决方案体系，并把西门子现有的产品及系统包揽其中，例如Teamcenter、PLM等。

基建设施:

科尔布兰德大桥（Köhlbrand Bridge）的智能桥梁项目是汉堡港务局与多家工程公司和软件公司合作，共同创建的一个数字孪生系统。该系统能够收集、分析和直观地展示所有与桥梁相关的信息，包括人工检测数据和传感器数据。通过数字孪生系统，工程师可以实时监测桥梁的结构状况并进行预测性维护，从而确保大桥的安全使用。

能源领域:

德国能源行业正利用数字孪生技术来优化电力生产和分配。例如，通过模拟风电场或太阳能电站的运行情况，可以预测发电量并改进电网管理。德国意昂（E.ON）等能源公司正在探索如何通过数字孪生技术来提高能源效率和服务质量，如通过虚拟化热力站和电力网络来进行故障诊断和预防性维护。

铁轨交通：

德国铁路公司（Deutsche Bahn, DB）也在其基础设施中使用了数字孪生技术，以提高铁路网络的可靠性和效率。这包括对铁路系统进行实时监测、预测性维修和调度决策优化。通过在车辆及铁路基础设施上安装传感器和智能设备，收集数据并进行分析评估，预测故障并实现预测性维修，降低维修成本并提高维修质量和效率。该公司还推出了FOSSIL 4.0项目，旨在发掘光纤传感技术的潜在用途和功能，以替代传统无源传感器提供所需数据，为铁路数字孪生打造新的、更精确灵敏的神经系统。

城市管理:

德国黑伦贝格市（Herrenberg）的智慧城市建设展示了数字孪生技术在城市规划中的潜力。通过构建城市的三维数字模型，并结合交通仿真、气流模拟等多种数据分析工具，促进了市民参与和协作式规划过程。柏林等大城市也在考虑使用数字孪生技术来解决城市挑战，如交通拥堵、环境保护等问题。

标准模型：

德国Plattform Industrie 4.0/SCI 4.0与日本机器人革命和工业物联网协议会（RRI）共同发布了数字孪生参考模型和标准化要求，旨在推动数字孪生在智能制造及社会更多场景中的广泛应用。

其他方面：

德国还参与了欧盟委员会的“目的地地球”计划，该计划旨在创建一个数字模型的地球，用于监控自然和人类活动对地球的影响，预测极端事件，并适应气候相关的挑战。通过使用创新的地球系统模型、尖端计算、卫星数据和机器学习，该计划将允许用户探索气候变化对地球系统不同组成部分的影响，以及可能的适应和缓解策略

德国政府和企业持续投资于研发活动，推动数字孪生技术的进步，同时也在不断探索新的应用场景。与此同时，德国也在继续推动数字孪生的标准化和互操作性工作。通过制定统一的标准和协议，促进不同领域和不同层次的数字孪生系统之间的协同和互操作。随着技术成熟度的提高，预计未来几年内将有更多创新性的应用案例出现。 

参考文献：

1、Destination Earth，https://www.esa.int/Applications/Observing_the_Earth/Destination_Earth

2、德国为什么成立“工业数字孪生体协会”？[N].工业4.0研究院，2020-04-09，http://www.innobase.cn/?p=2450

3、案例赏析：数字孪生在世界著名企业中的应用实践（1）[N]，智造苑，2021-05-12，https://www.clii.com.cn/lhrh/hyxx/202105/t20210512_3949427.html

4、发现之旅——数字孪生在德国科尔布兰德大桥上的应用[N]，桥梁杂志，2024-09-05，https://m.163.com/dy/article/JBBDKA2B053802OX.html

5、德国铁路数字孪生战略[N]，搜狐，2022-01-14，https://www.sohu.com/a/516611660_121118716

6、案例分析|基于光纤传感技术的德国铁路数字孪生[N]，机械发明爱好者，2023-04-27，https://www.jishulink.com/post/1905022

7、数字孪生建设智慧城市的实践——以德国黑伦贝格市为例[N]，北京智能装配式建筑研究院，http://biipb.com/h-nd-33.html

8、德国&日本|数字孪生参考模型与标准化实现产业可持续发展[N]，搜狐，2024-08-02，https://www.sohu.com/a/798139505_478183