什么是数字孪生

数字孪生究竟是什么

随着数字孪生这个词的热度不断升高，越来越受到各行业的关注，我们今天就来聊聊，数字孪生究竟是什么？

数字孪生思想由密歇根大学的 Michael Grieves 命名为“信息镜像模型”（Information Mirroring Model），而后演变为“数字孪生”的术语。它的英文表达是Digital Twin，所以很形象地，数字孪生也被称为数字双胞胎或者数字化映射。

 

 

2012 年 NASA 给出了数字孪生的概念描述：数字孪生是指充分利用物理模型、传感器、运行历史等数据，集成多学科、多尺度的仿真过程，它作为虚拟空间中对实体产品的镜像，反映了相对应物理实体产品的全生命周期过程。为了便于数字孪生的理解，庄存波等提出了数字孪生体的概念，认为数字孪生是采用信息技术对物理实体的组成、特征、功能和性能进行数字化定义和建模的过程。数字孪生体是指在计算机虚拟空间存在的与物理实体完全等价的信息模型，可以基于数字孪生体对物理实体进行仿真分析和优化。数字孪生是技术、过程、方法，数字孪体是对象、模型和数据。

它也是一个普遍适应的理论技术体系，可以在众多领域应用，在产品设计、产品制造、医学分析、工程建设等领域应用较多。在国内关注度最高、研究最热的是智能制造领域。

简单来说，数字孪生就是在一个设备或系统的基础上，创造一个数字版的“双胞胎”。我们把这种“双胞胎”称为数字孪生体（TwinObject），它被创建在信息化平台上，是虚拟的。

数字孪生相较于传统的数字对象而言，最大的区别就在于，数字孪生是对实体对象的动态仿真。也就是说，数字孪生体是可以变化的，根据本体的物理设计模型、本体传感器反馈的数据、本体运行的历史数据而进行跟随时间线的反应。

既然本体的实时状态，还有外界环境条件，都会复现到“孪生体”身上。也就是说，这个无限接近真实的物理实体的数字孪生体，能够结合这个物理实体的应用场景，进行全要素仿真。那么工程师们可以在虚拟的数字孪生体上“做实验”。这样一来，如果需要做系统设计改动，或者想要知道系统在特殊外部条件下的反应，工程师们只需要在孪生体上进行改动。这样一来，既避免了对本体的影响，也可以提高效率、节约成本。这就是在生产制造中，为什么需要数字孪生的原因。

目前对于数字孪生的理解在不断发展和深入，数字孪生的应用边界也在不断得到拓展，可以说数字孪生已经广泛应用到了诸多行业的生产场景下，其中智能制造就是一个广受关注的场景。而如何能够全息仿真，是数字孪生在这个阶段需要做的事情。

为了让数字模型无限接近真实的制造场景，以工厂为例，在生产流程上首先要做的，就是需要对整个生产场景进行可视化3D建模，布置实际生产中可能会涉及到的一切，比如机器、材料、人工、叉车、推车、传送带等等。那么如何获取这些数据呢？

 

 

在本体工厂中的关键区域布置传感器，实时捕捉运动数据，并上传到云端进行智能处理。在生产节点周围布置监控，便于全链监控生产效能、捕捉异常状态，这样就可以把控整体的生产节奏。这样一来，在物理实体映射到虚拟实体中时，一条流水线的“数字孪生”就诞生了。

管理人员随时可以通过电脑屏幕调取监控查看工厂出车间实况，并且可以与其进行交互、操控视角远近。通过数据模拟等工具，对故障设置进行排查，甚至预判可能出现的故障问题，进一步为工厂做好战略决策。

 

 

从这样的一个从传统到智能的例子中不难发现，数字孪生是数据、算法和算力发展到一定阶段的必然产物，同时也是工业场景进入到产业互联网时代，所必然会经历的阶段。

数字孪生可以应用于全行业领域，如智能制造领域，智慧建筑领域，智慧园区领域，智慧城市领域等等。

 

 

如此看来，数字孪生不仅仅是一个名词标签，也不再是一个缥缈的概念。数字孪生是一种创新意识的体现，是正在改变工业进程的号角，使我们必须迎接的新时代。最终达到节约生产、高效管理、智能管理、柔性生产，打造企业持久竞争力，达到万物互联，真正做到科技改变生产力。