1. 概述

1.1 概念

• 數(shù)字孿生體是現(xiàn)有或?qū)⒂械?strong>物理實(shí)體對(duì)象的數(shù)字模型，

• 通過實(shí)測(cè)、仿真和數(shù)據(jù)分析來實(shí)時(shí)感知、診斷、預(yù)測(cè)物理實(shí)體對(duì)象的狀態(tài)，

• 通過優(yōu)化和指令來調(diào)控物理實(shí)體對(duì)象的行為，

• 通過相關(guān)數(shù)字模型間的相互學(xué)習(xí)來進(jìn)化自身，

• 同時(shí)改進(jìn)利益相關(guān)方在物理實(shí)體對(duì)象生命周期內(nèi)的決策。

1.2 數(shù)字孿生的模型

• 概念模型、參考框架、應(yīng)用框架、成熟度模型之間的關(guān)系

• 下圖粗實(shí)線代表繼承和泛化關(guān)系，細(xì)實(shí)線代表屬性關(guān)系，虛線代表可選屬性關(guān)系。左下角深藍(lán)色是實(shí)體相關(guān)概念，左上角綠色是實(shí)體所在域的相關(guān)概念，右半邊棕色是數(shù)字孿生體的相關(guān)概念，右上角紅色是數(shù)字線程相關(guān)概念，其余分布在中間、左邊、和底邊的紫色是用于數(shù)字孿生體應(yīng)用場(chǎng)景擴(kuò)展的相關(guān)概念。

1.3 數(shù)字孿生系統(tǒng)參考架構(gòu)

1.4 數(shù)字孿生體成熟模型

• 數(shù)字孿生體的生長發(fā)育將經(jīng)歷：數(shù)化、互動(dòng)、先知、先覺、共智

1.5 技術(shù)說明

• 建模、仿真和基于數(shù)據(jù)融合的數(shù)字線程是數(shù)字孿生體的三項(xiàng)核心技術(shù)；

• 統(tǒng)領(lǐng)建模、仿真和數(shù)字線程的系統(tǒng)工程和MBSE（基于模型的系統(tǒng)工程是一種形式化的方法，用于支持與復(fù)雜系統(tǒng)的開發(fā)相關(guān)的需求，設(shè)計(jì)，分析，驗(yàn)證和確認(rèn)。與以文檔為中心的工程，MBSE將模型放在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的中心。），則成為數(shù)字孿生體的頂層架構(gòu)技術(shù)；

• 物聯(lián)網(wǎng)是數(shù)字孿生體的底層伴生技術(shù)；

• 云計(jì)算、機(jī)器學(xué)習(xí)、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈?zhǔn)菙?shù)字孿生體的外圍使能技術(shù)；

• 實(shí)現(xiàn)數(shù)字線程有如下需求

• 能區(qū)分類型和實(shí)例。

• 支持需求及其分配、追蹤、驗(yàn)證和確認(rèn)。

• 支持系統(tǒng)跨時(shí)間尺度各模型視圖間的實(shí)際狀態(tài)記實(shí)、關(guān)聯(lián)和追蹤。

• 支持系統(tǒng)跨時(shí)間尺度各模型視圖間的關(guān)聯(lián)和及其時(shí)間尺度模型視圖的關(guān)聯(lián)。

• 記錄各種屬性及其值隨時(shí)間和不同的視圖的變化。

• 記錄作用于系統(tǒng)以及由系統(tǒng)完成的過程或動(dòng)作。

• 記錄使能系統(tǒng)的用途和屬性。

• 記錄與系統(tǒng)及其使能系統(tǒng)相關(guān)的文檔和信息。

• 云計(jì)算系統(tǒng)由云平臺(tái)、云存儲(chǔ)、云終端、云安全四個(gè)基本部分組成。

• 用戶角度：私有云、公有云、混合云。

• 提供服務(wù)層次：基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（laas）、平臺(tái)即服務(wù)（Pass）和軟件即服務(wù)（Saas）。

• 構(gòu)建單元級(jí)數(shù)字孿生體時(shí)需要滿足的基本要求包括：

• 狀態(tài)感知；

• 計(jì)算和處理數(shù)據(jù)；

• 物理實(shí)體控制；

• 體系級(jí)數(shù)字孿生體需要滿足的要求包括：

• 分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理；

• 為企業(yè)協(xié)作提供數(shù)據(jù)和智能服務(wù)；

• 區(qū)塊鏈技術(shù)包括

• 分布式賬本

• 共識(shí)機(jī)制

• 智能合約

• 密碼學(xué)

1.6 NewIt與數(shù)字孿生的關(guān)系

• 數(shù)字孿生與物聯(lián)網(wǎng)

• 對(duì)物理世界的全面感知是實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生的重要基礎(chǔ)和前提，物聯(lián)網(wǎng)通過射頻識(shí)別、二維碼、傳感器等數(shù)據(jù)采集方式為物理世界的整體感知提供了技術(shù)支持。

• 數(shù)字孿生與3R

• 實(shí)現(xiàn)可視化與虛實(shí)融合是使虛擬模型真實(shí)呈現(xiàn)物理實(shí)體以及增強(qiáng)物理實(shí)體功能的關(guān)鍵。VR/AR/MR技術(shù)為此提供支持：

• VR技術(shù)利用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、細(xì)節(jié)渲染、動(dòng)態(tài)環(huán)境建模等實(shí)現(xiàn)虛擬模型對(duì)物理實(shí)體屬性、行為、規(guī)則等方面層次細(xì)節(jié)的可視化動(dòng)態(tài)逼真顯示；

• AR與MR技術(shù)利用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，場(chǎng)景捕捉，實(shí)時(shí)跟蹤及注冊(cè)等實(shí)現(xiàn)虛擬模型與物理實(shí)體在時(shí)空上的同步與融合，通過虛擬模型補(bǔ)充增強(qiáng)物理實(shí)體在檢測(cè)、驗(yàn)證及引導(dǎo)等方面的功能。

• 數(shù)字孿生與邊緣計(jì)算

• 邊緣計(jì)算技術(shù)可將部分從物理世界采集到的數(shù)據(jù)在邊緣側(cè)進(jìn)行實(shí)時(shí)過濾、規(guī)約與處理，從而實(shí)現(xiàn)了用戶本地的即時(shí)決策、快速響應(yīng)與及時(shí)執(zhí)行。

• 結(jié)合云計(jì)算技術(shù)，復(fù)雜的孿生數(shù)據(jù)可被傳送到云端進(jìn)行進(jìn)一步的處理，從而實(shí)現(xiàn)了針對(duì)不同需求的云-邊數(shù)據(jù)協(xié)同處理，進(jìn)而提高數(shù)據(jù)處理效率、減少云端數(shù)據(jù)負(fù)荷、降低數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延，為數(shù)字孿生的實(shí)時(shí)性提供保障。

• 數(shù)字孿生與云計(jì)算

• 數(shù)字孿生的規(guī)模彈性很大，單元級(jí)數(shù)字孿生可能在本地服務(wù)器即可滿足計(jì)算與運(yùn)行需求，而系統(tǒng)級(jí)和復(fù)雜系統(tǒng)級(jí)數(shù)字孿生則需要更大的計(jì)算與存儲(chǔ)能力。

• 云計(jì)算按需使用與分布式共享的模式可使數(shù)字孿生使用龐大的云計(jì)算資源與數(shù)據(jù)中心，從而動(dòng)態(tài)地滿足數(shù)字孿生的不同計(jì)算、存儲(chǔ)與運(yùn)行需求。

• 數(shù)字孿生與5G

• 虛擬模型的精準(zhǔn)映射與物理實(shí)體的快速反饋控制是實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生的關(guān)鍵。虛擬模型的精準(zhǔn)程度、物理實(shí)體的快速反饋控制能力、海量物理設(shè)備的互聯(lián)對(duì)數(shù)字孿生的數(shù)據(jù)傳輸容量、傳輸速率、傳輸響應(yīng)時(shí)間提出了更高的要求。

• 5G通信技術(shù)具有高速率、大容量、低時(shí)延、高可靠的特點(diǎn)，能夠契合數(shù)字孿生的數(shù)據(jù)傳輸要求，滿足虛擬模型與物理實(shí)體的海量數(shù)據(jù)低延遲傳輸、大量設(shè)備的互通互聯(lián)，從而更好的推進(jìn)數(shù)字孿生的應(yīng)用落地。

• 數(shù)字孿生與大數(shù)據(jù)

• 數(shù)字孿生中的孿生數(shù)據(jù)集成了物理感知數(shù)據(jù)、模型生成數(shù)據(jù)、虛實(shí)融合數(shù)據(jù)等高速產(chǎn)生的多來源、多種類、多結(jié)構(gòu)的全要素/全業(yè)務(wù)/全流程的海量數(shù)據(jù)。

• 大數(shù)據(jù)能夠從數(shù)字孿生高速產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)中提取更多有價(jià)值的信息，以解釋和預(yù)測(cè)現(xiàn)實(shí)事件的結(jié)果和過程。

• 數(shù)字孿生與區(qū)塊鏈

• 區(qū)塊鏈可對(duì)數(shù)字孿生的安全性提供可靠保證，可確保孿生數(shù)據(jù)不可篡改、全程留痕、可跟蹤、可追溯等。獨(dú)立性、不可變和安全性的區(qū)塊鏈技術(shù)，可防止數(shù)字孿生被篡改而出現(xiàn)錯(cuò)誤和偏差，以保持?jǐn)?shù)字孿生的安全，從而鼓勵(lì)更好的創(chuàng)新。

• 此外，通過區(qū)塊鏈建立起的信任機(jī)制可以確保服務(wù)交易的安全，從而讓用戶安心使用數(shù)字孿生提供的各種服務(wù)。

• 數(shù)字孿生與人工智能

• 數(shù)字孿生憑借其準(zhǔn)確、可靠、高保真的虛擬模型，多源、海量、可信的孿生數(shù)據(jù)，以及實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的虛實(shí)交互為用戶提供了仿真模擬、診斷預(yù)測(cè)、可視監(jiān)控、優(yōu)化控制等應(yīng)用服務(wù)。

• AI通過智能匹配最佳算法，可在無需數(shù)據(jù)專家的參與下，自動(dòng)執(zhí)行數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、分析、融合對(duì)孿生數(shù)據(jù)進(jìn)行深度知識(shí)挖掘，從而生成各類型服務(wù)。

• 數(shù)字孿生有了AI的加持，可大幅提升數(shù)據(jù)的價(jià)值以及各項(xiàng)服務(wù)的響應(yīng)能力和服務(wù)準(zhǔn)確性.

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