數字孿生是一個(gè)新名詞，在過(guò)去兩年中被人們反復提及，但很多人對它還不熟悉。

　　根據國際定義，數字孿生是充分利用物理模型、傳感器更新、運行歷史等數據，綜合多學(xué)科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過(guò)程，在虛擬空間中完成映射，以反映相應物理設備的全生命周期過(guò)程。

　　從概念上講，有幾個(gè)核心點(diǎn)：

　　一是物理世界與數字世界的映射；

　　二是動(dòng)態(tài)映射；

　　三是不僅是物理映射，更是邏輯、行為和過(guò)程的映射，如生產(chǎn)過(guò)程和業(yè)務(wù)過(guò)程。

　　第四，它不僅是從物理世界到數字世界的映射，而且是一種雙向關(guān)系。也就是說(shuō)，數字世界也可以通過(guò)計算和處理給出指令、計算和控制。

　　第五，整個(gè)生命周期、數字孿生體和實(shí)體孿生體是相同的，任何實(shí)體孿生體的事件都應上傳到數字孿生體中作為計算和記錄。物理孿生體在這一操作過(guò)程中的損耗，如故障等，都可以反映在數字孿生體的數據中。

　　數字孿生的構成

　　據德勤稱(chēng)，數字孿生由六部分組成：

　　首先是傳感器：生產(chǎn)過(guò)程中的傳感器負責數據的采集和信號的傳輸；

　　二是數據：將傳感器提供的實(shí)際運行和環(huán)境數據與企業(yè)的生產(chǎn)運行數據（如材料清單、設計圖紙等）結合起來(lái)，形成數字雙數據源；

　　三是集成：傳感器通過(guò)集成技術(shù)（包括邊緣計算、通信接口等）實(shí)現物理世界和數字世界之間的數據傳輸；

　　第四分析：利用分析技術(shù)進(jìn)行算法仿真和可視化程序設計、數據分析；

　　第五模型：基于上述數據和信息，建立物理實(shí)體和過(guò)程的數字模型，通過(guò)模型計算物理和生產(chǎn)過(guò)程中是否存在誤差，從而得出解決誤差的方法和行動(dòng)；

　　第六控制器：根據模型計算結果，通過(guò)控制器進(jìn)行動(dòng)作調整和誤差修正。

　　數字孿生的歷史與案例

　　2002年，密歇根大學(xué)教授Grieves首次提出了數字孿生。

　　后來(lái)，美國航天局將數字孿生的概念應用到阿波羅計劃中，并開(kāi)發(fā)了兩個(gè)相同的太空飛行器，以反映地球上的空間狀況，訓練和準備飛行。

　　數字孿生被Gartner評為未來(lái)十大最重要的關(guān)鍵技術(shù)之一。Gartner認為，到2021年，一半的大型工業(yè)企業(yè)將使用數字孿生技術(shù)，這將使這些組織的效率提高10%。

　　阿里巴巴的城市大腦提出了“數字孿生交通”、“數字孿生城市”和“數字孿生生態(tài)”三個(gè)數字孿生藍圖。

　　GE已經(jīng)擁有120萬(wàn)個(gè)數字孿生體，可以處理30萬(wàn)種不同類(lèi)型的設備資產(chǎn)。

　　數字孿生的價(jià)值

　　工業(yè)界有一種“工業(yè)領(lǐng)域1%的革命”的說(shuō)法，即全球工業(yè)生產(chǎn)效率提高1%，成本降低300億。

　　數字孿生可以在工業(yè)、交通、城市、環(huán)保等領(lǐng)域帶來(lái)顯著(zhù)的效率提升，并將在未來(lái)帶來(lái)巨大的成本降低。具體分為以下幾個(gè)部分：

　　首先，數字孿生將使生產(chǎn)更加方便，創(chuàng )新更快，生產(chǎn)周期更短。

　　如前所述，數字孿生通過(guò)設計工具、仿真工具、物聯(lián)網(wǎng)等手段，將物理設備的各種屬性映射到虛擬空間中，形成一個(gè)可拆卸、可復制、可修改、可刪除的數字圖像，提高了操作者對物理實(shí)體的理解。例如，在現實(shí)中，很難理解燃燒鍋爐復雜的內部情況，但數字孿生可以使您了解其內部結構和實(shí)時(shí)情況，這就解決了許多由于物理條件而無(wú)法完成的操作。

　　其次，數字孿生將大大提高測量、分析和預測的能力。

　　通過(guò)對目標感知數據的實(shí)時(shí)了解，借助于對經(jīng)驗模型的預測和分析，通過(guò)機器學(xué)習可以計算和總結出一些不可測量的指標，從而大大提高對機械設備和過(guò)程的理解、控制和預測。

　　數字孿生幫助數字化體驗。

　　在傳統的工業(yè)設計、制造和服務(wù)領(lǐng)域，經(jīng)驗往往是一種模糊而難以把握的形式，難以作為準確判斷的依據。數字孿生的一個(gè)重要進(jìn)展是它可以將以前無(wú)法保存的專(zhuān)家經(jīng)驗數字化，并提供保存、復制、修改和傳輸的能力。

　　綜上所述，數字孿生是基于豐富的歷史和實(shí)時(shí)數據以及先進(jìn)的算法模型，實(shí)現對象狀態(tài)和行為的數字表示、仿真測試和高保真度預測。通過(guò)對物理空間和邏輯空間中的對象實(shí)現深刻的認識、正確的推理和精確的操作，可以提高設計、運行、控制和管理的效率。

　　為什么現在會(huì )有數字孿生呢？它現在處于什么狀態(tài)

　　數字孿生的出現，是近十年來(lái)感知、網(wǎng)絡(luò )、大數據、人工智能、控制、建模等技術(shù)的集中爆發(fā)。特別是隨著(zhù)傳感器和低功耗廣域網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，物理世界的動(dòng)態(tài)可以通過(guò)傳感器準確、實(shí)時(shí)地反饋到數字世界。數字化、網(wǎng)絡(luò )化由實(shí)到虛，網(wǎng)絡(luò )智能由虛到實(shí)。通過(guò)虛擬現實(shí)的交互和不斷的迭代，實(shí)現了物理世界的最佳有序運行。

　　目前，雖然數字孿生技術(shù)在世界上還處于初級階段，但只有一些大公司嘗試在一些領(lǐng)域和環(huán)節運用數字孿生技術(shù)來(lái)改造一些設備和工藝，如通用電氣、阿里巴巴、微軟等。

　　數字孿生與CAD/PLM/工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)之間的區別

　?。?）數字孿生與CAD的區別

　　CAD模型是一個(gè)數學(xué)模型，它可以是二維或三維的；數字孿生體必須是三維的。

　　數字孿生機與CAD的一個(gè)非常重要的關(guān)系是數據關(guān)聯(lián)，它可以實(shí)現裝配關(guān)系數據、制造信息數據、功能性能數據、健康檢測數據、身份識別數據、實(shí)時(shí)檢測數據的關(guān)聯(lián)，實(shí)現三維與數據的集成；

　　CAD模型通常是靜態(tài)的而非自動(dòng)的，其作用僅限于設計階段；而數字孿生機則貫穿于從設計到生產(chǎn)再到倉儲物流的整個(gè)生命周期，數據反饋和控制是交互的。

　　數字孿生是一種基于高保真度的三維CAD模型。它被賦予各種屬性和功能定義，包括材料、感知系統、機器運動(dòng)機制等，通常存儲在圖形數據庫中，而不是關(guān)系數據庫中。

　?。?）數字孿生與PLM的區別

　　數字孿生與PLM關(guān)系密切。數字孿生可以使用PLM管理產(chǎn)品或設備的生命周期，還可以從PLM軟件輸出文件。

　　然而PLM以前雖然叫做產(chǎn)品全生命周期的管理，但從一個(gè)產(chǎn)品的設計、制造、到服務(wù)的全過(guò)程而言，PLM顯然是沒(méi)有完成任務(wù)。它的作用，到了制造的后期，往往戛然而止了。大量在制造中發(fā)生的工程狀態(tài)更改，往往無(wú)法返回給研發(fā)設計師。

　　隨著(zhù)數字孿生的出現，實(shí)物產(chǎn)品（包括損耗和報廢）的全過(guò)程數字化呈現，使得“全生命周期”的概念透明化，產(chǎn)品的自動(dòng)化管理成為一種現實(shí)而實(shí)用的方法。

　?。?）數字孿生與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的區別

　　工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是數字孿生的孵化器。通過(guò)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現各種物理實(shí)體的數據采集和交換。它將機器和物理基礎設施連接到數字孿生上，并將數據傳輸和存儲分別放置在邊緣或云上?？梢哉f(shuō)，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)激活了數字孿生的生命，它具有雙向存取的特點(diǎn)，使數字孿生成為一個(gè)具有生命力的真實(shí)模型。

　　數字孿生系統的核心是在正確的時(shí)間和場(chǎng)景下，根據實(shí)時(shí)數據做出正確的決策，這意味著(zhù)更好的客戶(hù)服務(wù)。數字孿生是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的重要場(chǎng)景，也是工業(yè)應用的完美合作伙伴。