1、 数字孪生发展背景

标准化组织中的定义：数字孪生是具有数据连接的特定物理实体或过程的数字化表达，该数据连接可以保证物理状态和虚拟状态之间的同速率收敛，并提供物理实体或流程过程的整个生命周期的集成视图，有助于优化整体性能。学术界的定义：数字孪生是以数字化方式创建物理实体的虚拟实体，借助历史数据、实时数据以及算法模型等，模拟、验证、猜测、控制物理实体全生命周期过程的技术手段 。 从根本上讲，数字孪生可以定义为有助于优化业务绩效的物理对象或过程的历史和当前行为的不中断发展的数字资料。数字孪生模型基于跨一系列维度的大规模，累积，实时，真实世界的数据丈量 。企业的定义：数字孪生是资产和流程的软件表示，用于理解、猜测和优化绩效以实现改善的业务成果。数字孪生由三部分组成：数据模型，一组分析或算法，以及知识 。 数字孪生公司早已在行业中立足，它在整个价值链中革新了流程。作为产品，生产过程或性能的虚拟表示，它使各个过程阶段得以无缝链接。这可以持续进步效率，最大程度地降低故障率，缩短开发周期，并开辟新的商机：换句话说，海运报价 国际快递，它可以创造持久的竞争上风 。 从数字孪生的定义可以看出，数字孪生具有以下几个典型特点： 1、互操纵性 ：数字孪生中的物理对象和数字空间能够双向映射、动态交互和实时连接，因此数字孪生具备以多样的数字模型映射物理实体的能力，具有能够在不同数字模型之间转换、合并和建立“表达”的等同性 。 2、可扩展性 ：数字孪生技术具备集成、添加和替换数字模型的能力，能够针对多标准、多物理、多层级的模型内收留进行扩展。 3、实时性 ：数字孪生技术要求数字化，即以一种计算机可识别和处理的方式治理数据以对随时间轴变化的物理实体进行表征。表征的对象包括外观、状态、属性、内在机理，形成物理实体实时状态的数字虚体映射。 4、保真性 ”：数字孪生的保真性指描述数字虚体模型和物理实体的接近性。要求虚体和实体不仅要保持几何结构的高度仿真，在状态、相态和时态上也要仿真。值得一提的是在不同的数字孪生场景下，同一数字虚体的仿真程度可能不同。例如工况场景中可能只要求描述虚体的物理性质，并不需要关注化学结构细节 。 5、 闭环性 ：数字孪生中的数字虚体，用于描述物理实体的可视化模型和内在机理，以便于对物理实体的状态数据进行监视、分析推理、优化工艺参数和运行参数，实现决策功能，即赋予数字虚体和物理实体一个大脑。因此数字孪生具有闭环性 。

▲数字孪生行业应用

“孪生”的概念起源于美国国家航空航天局的“阿波罗计划”，即构建两个相同的航天飞行器，其中一个发射到太空执行任务，另一个留在地球上用于反映太空中航天器在任务期间的工作状态，从而辅助工程师分析处理太空中出现的紧急事件。当然，这里的两个航天器都是真实存在的物理实体 。 2003 年前后， 关于数字孪生（ Digital Twin） 的设想首次出现于Grieves 教授在美国密歇根大学的产品全生命周期治理课程上。但是，当时“Digital Twin”一词还没有被正式提出， Grieves 将这一设想称为“Conceptual Ideal for PLM（ Product Lifecycle Management）”，如下图所示。尽管如此，在该设想中数字孪生的基本思想已经有所体现，即在虚拟空间构建的数字模型与物理实体交互映射，忠实地描述物理实体全生命周期的运行轨迹 。

近年来，数字孪生得到越来越广泛的传播。同时，得益于物联网、大数据、云计算、人工智能等新一代信息技术的发展，数字孪生的实施已逐渐成为可能。现阶段，除了航空航天领域，数字孪生还被应用于电力、船舶、城市治理、农业、建筑、制造、石油自然气、健康医疗、环境保护等行业，如上图所示。特别是在智能制造领域，数字孪生被以为是一种实现制造信息世界与物理世界交互融合的有效手段。很多著名企业（如空客、洛克希德马丁、西门子等）与组织（如 Gartner、德勤、中国科协智能制造协会）对数字孪生给予了高度重视，并且开始探索基于数字孪生的智能生产新模式 。

11月11日消息，国际货运 空运价格，《由商务部、科技部、工信部、国家发改委、农业农村部、国家知识产权局、中国科学院、中国工程院等部委和深圳市人民政府共同举办的中国国际高新技术成果交易会正式开幕。作为大会主会场的重要组成部分，由工信部下属中国电子技术标准化研究院主办的新一代信息技术产业标准化论坛作如期举行，会议现场发布了由工信部牵头2020年《数字孪生白皮书》。 当前，世界正处于百年未有之大变局，数字经济已成为全球经济发展的热门，美、英、欧盟等纷纷提出数字经济战略。数字孪生等新技术与国民经济各产业融合不中断深化，有力推动着各产业数字化、网络化、智能化发展进程，成为我国经济社会发展变革的强大动力。 未来，所有的企业都将成为数字化的公司，这不只是要求企业开发出具备数字化特征的产品，更指的是通过数字化手段改变整个产品的设计、开发、制造和服务过程，并通过数字化的手段连接企业的内部和外部环境 。 《数字孪生白皮书2020》

数字孪生概述

直到 2010 年，“Digital Twin”一词在 NASA 的技术报告中被正式提出，并被定义为“集成了多物理量、多标准、多概率的系统或飞行器仿真过程”。2011 年，美国空军探索了数字孪生在飞行器健康治理中的应用，并具体探讨了实施数字孪生的技术挑战。2012 年，美国国家航空航天局与美国空军联合发表了关于数字孪生的论文，指出数字孪生是驱动未来飞行器发展的关键技术之一。在接下来的几年中，越来越多的研究将数字孪生应用于航空航天领域，包括机身设计与维修，飞行器能力评估，飞行器故障猜测等 。

2、 数字孪生的定义及典型特征

3、 数字孪生与其他技术的区别

▲PLM 中的概念设想