数字孪生（Digital Twin）

数字孪生（Digital Twin）也被称为数字映射、数字镜像。作为一种在信息世界刻画物理世界、仿真物理世界、优化物理世界、可视化物理世界的重要技术，为实现数字化转型、智能化（如智慧城市、智能制造）、服务化、绿色可持续等全球工业和社会发展趋势提供了有效途径。

简单理解

数字孪生，是充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。

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。

历史和发展

数字孪生(Digital Twin)作为一种在信息世界刻画物理世界、仿真物理世界、优化物理世界、可视化物理世界的重要技术，为实现数字化转型、智能化(如智慧城市、智能制造)、服务化、绿色可持续等全球工业和社会发展趋势提供了有效途径。

当前，数字孪生技术被工业界和学术界广泛关注和研究。据统计，截止目前共有来自美国、中国、德国等40多个国家，超过160家机构的500多位研究人员开展了数字孪生理论与应用研究，并有相关研究成果发表，同时西门子公司、特斯拉公司、ANSYS公司、通用电气公司等全球知名企业开展了数字孪生在相关领域的落地应用实践。如在制造领域，以德国西门子公司为代表的企业研究了将数字孪生技术应用于产品的设计、生产、制造、运营、服务、回收等全生命周期过程。

国内北航数字孪生小组在2017年提出了数字孪生车间的概念，阐述了数字孪生车间的关键技术，探索了数字孪生与大数据、云计算、人机交互、信息物理系统等技术的关系，开展了数字孪生在设计、制造、服务领域的应用研究，并与国内12家单位共同发起了数字孪生会议。在航空航天领域，美国国家航空航天局(NASA)、洛克希德·马丁公司、美国空军研究实验室等开展了数字孪生在飞行器结构优化、状态监测、寿命预测与健康管理等方面的应用研究。

在交通领域，特斯拉公司、DNVGL 船级社公司、SNC-兰万灵公司(SNC-LAVALIN)等研究了数字孪生在汽车、船舶、火车等领域的应用。此外，在电力、医疗、智慧城市等领域均有相关企业和科研单位开展数字孪生的应用。与此同时，国内北航数字孪生小组提出了数字孪生五维模型，并和相关企业共同探讨了数字孪生五维模型在卫星/空间通信网络、船舶、车辆、发电厂、飞机、复杂机电装备、立体仓库、医疗、制造车间、智慧城市10个领域的落地应用探索。

价值

凭什么说它会影响第四次工业革命的发展？

工业制造

在产品研发的过程中，数字孪生可以虚拟构建产品数字化模型，对其进行仿真测试和验证。生产制造时，可以模拟设备的运转，还有参数调整带来的变化。美国空军提出数字孪生，就是为了帮助更好地维护战斗机。数字孪生给工业制造带来了显而易见的效率提升和成本下降，使得几乎所有的工业巨头趋之若鹜。

以美国通用公司为例。他们号称自己已经为每个引擎、每个涡轮、每台核磁共振创造了一个数字孪生体（截至2018年，GE已经拥有120万个数字孪生体）。

智慧城市

我们的城市布满了各种各样的传感器、摄像头。借助包括5G在内的物联网技术，这些终端采集的数据可以更快地被提取出来。

城市的管理者，基于这些数据，以及城市模型，构建数字孪生体，从而更高效地管理城市。

相比于工业制造的“产品生命周期”，城市的“生命周期”更长，数字孪生带来的回报更大。当然，城市数字孪生的部署难度也更大。

事实上，印度海德拉巴、新加坡，还有我们中国的深圳、雄安，都已经在做这方面的摸索和尝试。大量的投资，正在涌向“智慧城市+数字孪生”的应用场景。

基建工程

我们在修建高速公路、桥梁等基础设施前，完成对工程的数字化建模，然后在虚拟的数字空间对工程进行仿真和模拟，评估工程的结构和承受能力，还可以导入流量数据，评估工程是否可以满足投入使用后的需求。

在工程交付之后，还可以在维护阶段评估工程是否可以承担特殊情况的压力。以及监测可能出现的事故隐患。

除了上述领域之外，包括医疗、物流、环保等很多场景都适合采用数字孪生技术，应用场景非常广阔。

参考

• https://zhuanlan.zhihu.com/p/99249900
• 《计算机集成制造系统》第25卷第10期 Vol.25 No.10 2 0 1 9 年10月 Computer Integrated Manufacturing Systems Oct.2 0 1 9 DOI:10.13196/j.cims.2019.10.001 《数字孪生标准体系》