當前世界正處于百年未有之大變局，數(shù)字經(jīng)濟在各國已成為經(jīng)濟發(fā)展的重點。數(shù)字經(jīng)濟也是我國社會經(jīng)濟發(fā)展的必經(jīng)之路。

近些年，大數(shù)據(jù)、人工智能、數(shù)字孿生等技術(shù)的發(fā)展促使技術(shù)與國內(nèi)各產(chǎn)業(yè)進一步融合，從而推動了各產(chǎn)業(yè)在智能化、數(shù)字化等方面加速發(fā)展。

在未來，所有產(chǎn)業(yè)都可能通過數(shù)字化手段優(yōu)化生產(chǎn)經(jīng)營流程，從而提高行業(yè)效益。

在各行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型過程中，數(shù)字孿生是關(guān)鍵抓手。目前數(shù)字孿生理論體系已基本成熟，在工程建設(shè)、產(chǎn)品設(shè)計制造等行業(yè)也有了較為深入的應(yīng)用。

究竟什么是數(shù)字孿生？本文將從數(shù)字孿生的發(fā)展背景、定義、特征等方面帶你了解數(shù)字孿生。

一切從一個航天計劃說起....

這個航天計劃就是著名的“阿波羅計劃”！

當時美國國家航空航天局計劃構(gòu)建兩個相同的航天飛行器，其中一個飛到太空執(zhí)行任務(wù)，另一個留在地球上用來反映太空中“兄弟”在任務(wù)中的工作狀態(tài)，從而幫忙處理工作中的緊急情況。這就是早期“孿生”概念的起源。

當然，那個時候還是想放兩個實體的航天飛行器，并不是所謂的“數(shù)字孿生”。關(guān)于數(shù)字孿生（Digital?Twin）的設(shè)想首次出現(xiàn)于Grieves教授在美國密歇根大學的產(chǎn)品生命周期管理課程上。正式提出是在2010年的NASA的技術(shù)報告里，NASA在報告中把數(shù)字孿生定義為“集成了多物理量、多尺度、多概率的系統(tǒng)或飛行器仿真過程”，用來進行飛行器健康管理的應(yīng)用。后來，美國航空航天局和美國空軍漸漸發(fā)現(xiàn)數(shù)字孿生的價值，就將數(shù)字孿生越來越多用于航空航天領(lǐng)域，比如機身設(shè)計與維修、飛行器故障預(yù)測、飛行器能力評估等等。

數(shù)字孿生定義

什么是數(shù)字孿生呢？

數(shù)字孿生是一種虛擬模型，主要用于精確反應(yīng)物理對象。數(shù)字孿生會給研究對象配備用于收集重要性參數(shù)的各種傳感器，傳感器會收集對象的性能方面的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至處理系統(tǒng)并應(yīng)用于數(shù)字副本。

比如，我們想要優(yōu)化工廠的生產(chǎn)過程并提高生產(chǎn)效率，我們可以創(chuàng)建一個數(shù)字孿生來模擬和監(jiān)控工廠的運行情況。

首先，我們使用傳感器和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備來收集工廠中各個設(shè)備的數(shù)據(jù)，如溫度、濕度、機器運行狀態(tài)等。這些數(shù)據(jù)將通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)皆破脚_進行存儲和分析。然后，在云平臺上，我們使用數(shù)據(jù)分析和建模技術(shù)，將收集到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為工廠的數(shù)字模型。這個數(shù)字模型是基于實際設(shè)備和工藝的虛擬表示，它反映了工廠的結(jié)構(gòu)、運行規(guī)則和關(guān)聯(lián)關(guān)系。最后，通過可視化界面，我們可以實時監(jiān)測工廠的運行狀態(tài)，并與數(shù)字模型進行對比。如果發(fā)現(xiàn)任何異?；驖撛趩栴}，我們可以立即采取相應(yīng)的措施，以避免生產(chǎn)中斷或質(zhì)量問題。

數(shù)字孿生特征

有人說，數(shù)字孿生不就是元宇宙嗎？

確實，兩者在虛擬化和模擬方面有相似之處，但卻是兩個不同的概念。數(shù)字孿生主要用于模擬和監(jiān)控現(xiàn)實系統(tǒng)，它主要基于現(xiàn)實中的傳感器和數(shù)據(jù)，通過構(gòu)建實際系統(tǒng)進行仿真、監(jiān)控和優(yōu)化，比如農(nóng)業(yè)、園區(qū)等等。

而元宇宙則是一個更加廣闊的概念，它是一個全息的、虛擬的、現(xiàn)實的世界。類似我們常在影視劇里看到的平行世界，元宇宙相當于一個存在的、虛擬的平行世界，人們可以以虛擬身份參與各種活動，與其他人進行交互，探索虛擬環(huán)境，甚至進行商業(yè)交易。元宇宙的概念更加注重人與虛擬世界的互動和體驗，以及虛擬環(huán)境的創(chuàng)造和拓展。而數(shù)字孿生有如下典型特征：

1、互操作性
在數(shù)字孿生中，數(shù)字空間與物理對象可以雙向映射，可以相互聯(lián)系和同步。我們可以通過傳感器、監(jiān)控設(shè)備等方法，將物理對象的數(shù)據(jù)和狀態(tài)反映到數(shù)字空間中。反過來，我們也可以通過利用數(shù)字空間中的模型和仿真來指導(dǎo)和優(yōu)化物理對象的運行。
2、實時性
數(shù)字孿生的實時性是指數(shù)字孿生系統(tǒng)能夠以接近實時的方式反映和更新實際系統(tǒng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)。通常情況下，數(shù)字孿生通過傳感器和數(shù)據(jù)采集設(shè)備來收集實際系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，并將其傳輸?shù)綌?shù)字孿生系統(tǒng)中進行處理和分析。數(shù)字孿生系統(tǒng)會使用這些數(shù)據(jù)來更新數(shù)字模型，并反映實際系統(tǒng)的當前狀態(tài)。實時性意味著數(shù)字孿生系統(tǒng)的數(shù)據(jù)更新和反饋幾乎是即時的。當實際系統(tǒng)發(fā)生變化時，數(shù)字孿生系統(tǒng)能夠快速捕捉這些變化，并實時更新數(shù)字模型。這樣，我們可以在數(shù)字孿生系統(tǒng)中看到實際系統(tǒng)的最新狀態(tài)。
3、保真性
數(shù)字孿生中的物理實體和數(shù)字虛體是非常接近的。不僅是在幾何結(jié)構(gòu)的高度仿真，在狀態(tài)、時態(tài)、相態(tài)上也會仿真。數(shù)字孿生的仿真性根據(jù)不同的需要會不相同，例如工況場景中可能只要求描述虛體的物理性質(zhì)，并不會關(guān)注化學結(jié)構(gòu)和細節(jié)。
目前，數(shù)字孿生技術(shù)已經(jīng)大面積在工業(yè)、制造業(yè)、智慧城市、醫(yī)療等領(lǐng)域落地應(yīng)用，未來也會在更多領(lǐng)域發(fā)揮其獨特作用。數(shù)字孿生技術(shù)本身具有深度分析、高效決策等特點，對推動我國數(shù)字產(chǎn)業(yè)化進程，具有重要意義。