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數(shù)字孿生

數(shù)字孿生是充分利用物理模型险绘、傳感器更新、運(yùn)行歷史等數(shù)據(jù)誉碴，集成多學(xué)科宦棺、多物理量、多尺度黔帕、多概率的仿真過程代咸，在虛擬空間中完成映射，從而反映相對應(yīng)的實(shí)體裝備的全生命周期過程成黄。數(shù)字孿生是一種超越現(xiàn)實(shí)的概念呐芥，可以被視為一個或多個重要的、彼此依賴的裝備系統(tǒng)的數(shù)字映射系統(tǒng)奋岁。?

數(shù)字孿生是個普遍適應(yīng)的理論技術(shù)體系思瘟，可以在眾多領(lǐng)域應(yīng)用，目前在產(chǎn)品設(shè)計(jì)闻伶、產(chǎn)品制造滨攻、醫(yī)學(xué)分析、工程建設(shè)等領(lǐng)域應(yīng)用較多。目前在國內(nèi)應(yīng)用最深入的是工程建設(shè)領(lǐng)域光绕，關(guān)注度最高女嘲、研究最熱的是智能制造領(lǐng)域。?

含義

美國國防部最早提出利用Digital Twin技術(shù)诞帐，用于航空航天飛行器的健康維護(hù)與保障欣尼。首先在數(shù)字空間建立真實(shí)飛機(jī)的模型，并通過傳感器實(shí)現(xiàn)與飛機(jī)真實(shí)狀態(tài)完全同步景埃，這樣每次飛行后，根據(jù)結(jié)構(gòu)現(xiàn)有情況和過往載荷顶别，及時分析評估是否需要維修谷徙，能否承受下次的任務(wù)載荷等。?

數(shù)字孿生驯绎，有時候也用來指代將一個工廠的廠房及產(chǎn)線完慧，在沒有建造之前，就完成數(shù)字化模型剩失。從而在虛擬的賽博空間中對工廠進(jìn)行仿真和模擬屈尼，并將真實(shí)參數(shù)傳給實(shí)際的工廠建設(shè)。而工房和產(chǎn)線建成之后拴孤，在日常的運(yùn)維中二者繼續(xù)進(jìn)行信息交互脾歧。值得注意的是：Digital Twin不是構(gòu)型管理的工具，不是制成品的3D尺寸模型演熟，不是制成品的MBD定義鞭执。?

對于Digital Twin的極端需求，同時也將驅(qū)動著新材料開發(fā)芒粹，而所有可能影響到裝備工作狀態(tài)的異常兄纺，將被明確地進(jìn)行考察、評估和監(jiān)控化漆。Digital Twin正是從內(nèi)嵌的綜合健康管理系統(tǒng)（IVHM）集成了傳感器數(shù)據(jù)估脆、歷史維護(hù)數(shù)據(jù)，以及通過挖掘而產(chǎn)生的相關(guān)派生數(shù)據(jù)座云。通過對以上數(shù)據(jù)的整合疙赠，Digital Twin可以持續(xù)地預(yù)測裝備或系統(tǒng)的健康狀況、剩余使用壽命以及任務(wù)執(zhí)行成功的概率朦拖，也可以預(yù)見關(guān)鍵安全事件的系統(tǒng)響應(yīng)棺聊，通過與實(shí)體的系統(tǒng)響應(yīng)進(jìn)行對比，揭示裝備研制中存在的未知問題贞谓。Digital Twin可能通過激活自愈的機(jī)制或者建議更改任務(wù)參數(shù)來減輕損害或進(jìn)行系統(tǒng)的降級限佩，從而提高壽命和任務(wù)執(zhí)行成功的概率。?

原理

最早，數(shù)字孿生思想由密歇根大學(xué)的 Michael Grieves 命名為“信息鏡像模型”（Information Mirroring Model）祟同，而后演變?yōu)椤皵?shù)字孿生”的術(shù)語作喘。數(shù)字孿生也被稱為數(shù)字雙胞胎和數(shù)字化映射。數(shù)字孿生是在 MBD 基礎(chǔ)上深入發(fā)展起來的晕城，企業(yè)在實(shí)施基于模型的系統(tǒng)工程（MBSE）的過程中產(chǎn)生了大量的物理的泞坦、數(shù)學(xué)的模型，這些模型為數(shù)字孿生的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)砖顷。2012 年 NASA 給出了數(shù)字孿生的概念描述：數(shù)字孿生是指充分利用物理模型贰锁、傳感器、運(yùn)行歷史等數(shù)據(jù)滤蝠，集成多學(xué)科豌熄、多尺度的仿真過程，它作為虛擬空間中對實(shí)體產(chǎn)品的鏡像物咳，反映了相對應(yīng)物理實(shí)體產(chǎn)品的全生命周期過程锣险。為了便于數(shù)字孿生的理解，莊存波等提出了數(shù)字孿生體的概念览闰，認(rèn)為數(shù)字孿生是采用信息技術(shù)對物理實(shí)體的組成芯肤、特征、功能和性能進(jìn)行數(shù)字化定義和建模的過程压鉴。數(shù)字孿生體是指在計(jì)算機(jī)虛擬空間存在的與物理實(shí)體完全等價的信息模型崖咨，可以基于數(shù)字孿生體對物理實(shí)體進(jìn)行仿真分析和優(yōu)化。數(shù)字孿生是技術(shù)油吭、過程掩幢、方法，數(shù)字孿體是對象上鞠、模型和數(shù)據(jù)际邻。?

進(jìn)入21世紀(jì)，美國和德國均提出了 Cyber-Physical System（CPS）芍阎，也就是“信息-物理系統(tǒng)”世曾，作為先進(jìn)制造業(yè)的核心支撐技術(shù)。CPS 的目標(biāo)就是實(shí)現(xiàn)物理世界和信息世界的交互融合谴咸。通過大數(shù)據(jù)分析轮听、人工智能等新一代信息技術(shù)在虛擬世界的仿真分析和預(yù)測，以最優(yōu)的結(jié)果驅(qū)動物理世界的運(yùn)行岭佳。數(shù)字孿生的本質(zhì)就是在信息世界對物理世界的等價映射血巍，因此數(shù)字孿生更好的詮釋了 CPS,成為實(shí)現(xiàn) CPS 的最佳技術(shù)。?

基本組成

2011 年珊随，Michael Grieves 教授在《幾乎完美：通過PLM驅(qū)動創(chuàng)新和精益產(chǎn)品》給出了數(shù)字孿生的三個組成部分：物理空間的實(shí)體產(chǎn)品述寡、虛擬空間的虛擬產(chǎn)品柿隙、物理空間和虛擬空間之間的數(shù)據(jù)和信息交互接口。?

在 2016 西門子工業(yè)論壇上鲫凶，西門子認(rèn)為數(shù)字孿生的組成包括：產(chǎn)品數(shù)字化雙胞胎禀崖、生產(chǎn)工藝流程數(shù)字化雙胞胎、設(shè)備數(shù)字化雙胞胎螟炫，數(shù)字孿生完整真實(shí)地再現(xiàn)了整個企業(yè)波附。北京理工大學(xué)的莊存波等也從產(chǎn)品的視角給出了數(shù)字孿生的主要組成，包括：產(chǎn)品的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)昼钻、產(chǎn)品工藝數(shù)據(jù)掸屡、產(chǎn)品制造數(shù)據(jù)、產(chǎn)品服務(wù)數(shù)據(jù)然评、以及產(chǎn)品退役和報廢數(shù)據(jù)等仅财。無論是西門子還是北京理工大學(xué)的莊存波都是從產(chǎn)品的角度給出了數(shù)字孿生的組成，并且西門子是以它的產(chǎn)品全生命周期管理系統(tǒng)（product lifecycle management沾瓦，PLM）為基礎(chǔ)满着，在制造企業(yè)推廣它的數(shù)字孿生相關(guān)產(chǎn)品谦炒。?

同濟(jì)大學(xué)的唐堂等人提出數(shù)字孿生的組成應(yīng)該包括：產(chǎn)品設(shè)計(jì)贯莺、過程規(guī)劃、生產(chǎn)布局宁改、過程仿真缕探、產(chǎn)量優(yōu)化等。該數(shù)字孿生的組成不僅包括了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)还蹲，也包括了生產(chǎn)品的生產(chǎn)過程和仿真分析爹耗，更加全面，更加符合智能工廠的要求谜喊。?

北京航空航天的陶飛等人從車間組成的角度先給出了車間數(shù)字孿生的定義潭兽，然后提出了車間數(shù)字孿生的組成，主要包括：物理車間斗遏、虛擬車間山卦、車間服務(wù)系統(tǒng)、車間孿生數(shù)據(jù)幾部分組成诵次。物理車間是真實(shí)存在的車間账蓉，主要從車間服務(wù)系統(tǒng)接收生產(chǎn)任務(wù)，并按照虛擬車間仿真優(yōu)化后的執(zhí)行策略逾一，執(zhí)行完成任務(wù)铸本；虛擬車間是物理車間的計(jì)算機(jī)內(nèi)的等價映射，主要負(fù)責(zé)對生產(chǎn)活動進(jìn)行仿真分析和優(yōu)化遵堵，并對物理車間的生產(chǎn)活動進(jìn)行實(shí)時的監(jiān)測箱玷、預(yù)測和調(diào)控怨规；車間服務(wù)系統(tǒng)是車間各類軟件系統(tǒng)的總稱，主要負(fù)責(zé)車間數(shù)字孿生驅(qū)動物理車間的運(yùn)行汪茧，和接受物理車間的生產(chǎn)反饋椅亚。?

意義

Digital twin最為重要的啟發(fā)意義在于，它實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)實(shí)物理系統(tǒng)向賽博空間數(shù)字化模型的反饋舱污。這是一次工業(yè)領(lǐng)域中呀舔，逆向思維的壯舉。人們試圖將物理世界發(fā)生的一切扩灯，塞回到數(shù)字空間中媚赖。只有帶有回路反饋的全生命跟蹤，才是真正的全生命周期概念珠插。這樣惧磺，就可以真正在全生命周期范圍內(nèi)，保證數(shù)字與物理世界的協(xié)調(diào)一致捻撑。各種基于數(shù)字化模型進(jìn)行的各類仿真磨隘、分析、數(shù)據(jù)積累顾患、挖掘番捂，甚至人工智能的應(yīng)用，都能確保它與現(xiàn)實(shí)物理系統(tǒng)的適用性江解。這就是Digital twin對智能制造的意義所在设预。?

智能系統(tǒng)的智能首先要感知、建模犁河，然后才是分析推理鳖枕。如果沒有Digital twin對現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)體系的準(zhǔn)確模型化描述，所謂的智能制造系統(tǒng)就是無源之水桨螺，無法落實(shí)宾符。?

進(jìn)展

實(shí)現(xiàn)Digital Twin的許多關(guān)鍵技術(shù)都已經(jīng)開發(fā)出來，比如多物理尺度和多物理量建模灭翔、結(jié)構(gòu)化的健康管理魏烫、高性能計(jì)算等，但實(shí)現(xiàn)Digital Twin需要集成和融合這些跨領(lǐng)域缠局、跨專業(yè)的多項(xiàng)技術(shù)则奥，從而對裝備的健康狀況進(jìn)行有效評估，這與單個技術(shù)發(fā)展的愿景有著顯著的區(qū)別狭园。因此读处，可以設(shè)想Digital Twin這樣一個極具顛覆的概念，在未來可以預(yù)見的時間內(nèi)很難取得足夠的成熟度唱矛，建立中間過程的里程碑目標(biāo)就顯得尤為必要罚舱。?

美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室（AFRL）2013年發(fā)布的Spiral 1計(jì)劃就是其中重要的一步井辜，已與通用電氣（GE）和諾思羅譜·格魯曼簽訂了2000萬美元的商業(yè)合同以開展此項(xiàng)工作。計(jì)劃以現(xiàn)有美國空軍裝備F15為測試臺管闷，集成現(xiàn)有最先進(jìn)的技術(shù)粥脚，與當(dāng)前具有的實(shí)際能力為測試基準(zhǔn)，從而標(biāo)識出虛擬實(shí)體還存在的差距包个。當(dāng)然刷允，對于Digital Twin這么一個好聽好記的概念，許多公司已經(jīng)迫不及待地將其從高尖端的領(lǐng)域碧囊，拉到民眾的眼前树灶。?

GE將其作為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的一個重要概念，力圖通過大數(shù)據(jù)的分析糯而，可以完整地透視物理世界機(jī)器實(shí)際運(yùn)行的情況天通；而激進(jìn)的PLM廠商PTC公司，則將其作為主推的“智能互聯(lián)產(chǎn)品”的關(guān)鍵性環(huán)節(jié)：智能產(chǎn)品的每一個動作熄驼，都會重新返回設(shè)計(jì)師的桌面像寒，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時的反饋與革命性的優(yōu)化策略。Digital Twin突然賦予了設(shè)計(jì)師們以全新的夢想瓜贾。它正在引導(dǎo)人們穿越那虛實(shí)界墻诺祸，在物理與數(shù)字模型之間自由交互與行走。?

數(shù)字孿生的研究現(xiàn)狀

在智能制造領(lǐng)域最先使用數(shù)字孿生概念的是美國的航空航天局（NASA）在阿波羅項(xiàng)目中阐虚，美國國家航空航天局使用空間飛行器的數(shù)字孿生對飛行中的空間飛行器進(jìn)行仿真分析序臂，監(jiān)測和預(yù)測空間飛行器的飛行狀態(tài)蚌卤，輔助地面控制人員作出正確的決策实束。從美國國家航空航天局對數(shù)字孿生的應(yīng)用來看，數(shù)字孿生主要是要創(chuàng)建和物理實(shí)體等價的虛擬體或數(shù)字模型逊彭，虛擬體能夠?qū)ξ锢韺?shí)體進(jìn)行仿真分析咸灿，能夠根據(jù)物理實(shí)體運(yùn)行的實(shí)時反饋信息對物理實(shí)體的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，能夠依據(jù)采集的物理實(shí)體的運(yùn)行數(shù)據(jù)完善虛擬體的仿真分析算法侮叮，從而對物理實(shí)體的后續(xù)運(yùn)行和改進(jìn)提供更加精確的決策避矢。?

密歇根大學(xué)的邁克爾·格里夫斯教授在2003年提出了“物理產(chǎn)品的數(shù)字表達(dá)”的概念，并指出物理產(chǎn)品的數(shù)字表達(dá)應(yīng)能夠抽象的表達(dá)物理產(chǎn)品囊榜，能夠基于數(shù)字表達(dá)對物理產(chǎn)品進(jìn)行真實(shí)條件或模擬條件下的測試审胸。這個概念雖然沒有被稱作數(shù)字孿生，但是它具備數(shù)字孿生所具有的組成和功能卸勺，即創(chuàng)建物理實(shí)體的等價虛擬體砂沛，虛擬體能夠?qū)ξ锢韺?shí)體進(jìn)行仿真分析和測試。邁克爾·格里夫斯教授提出的理論曙求，可以被看做是數(shù)字孿生在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中的應(yīng)用碍庵。?

美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院于 2012 提出了 MBD（基于模型的定義）和 MBE（基于模型的企業(yè)）的概念映企，其核心思想是要創(chuàng)建企業(yè)和產(chǎn)品的數(shù)字模型，數(shù)字模型的仿真分析要貫穿產(chǎn)品設(shè)計(jì)静浴、產(chǎn)品設(shè)計(jì)仿真堰氓、加工工藝仿真、生產(chǎn)過程仿真苹享、產(chǎn)品的維修維護(hù)等整個產(chǎn)品的壽命周期双絮。MBE 和 MBD 的概念將數(shù)字孿生的內(nèi)涵擴(kuò)展到了整個產(chǎn)品的制造過程。?

2015年之后得问，世界各國分別提出國家層面的制造業(yè)轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略掷邦。這些戰(zhàn)略核心目標(biāo)之一就是構(gòu)建物理信息系統(tǒng)（Cyber-Physical System，CPS）椭赋，實(shí)現(xiàn)物理工廠與信息化的虛擬工廠的交互和融合抚岗，從而實(shí)現(xiàn)智能制造，數(shù)字孿生作為實(shí)現(xiàn)物理工廠與虛擬工廠的交互融合的最佳途徑哪怔，被國內(nèi)外相關(guān)學(xué)術(shù)界和企業(yè)高度關(guān)注宣蔚。從 CPS 和數(shù)字孿生的內(nèi)涵來看，他們都是為了描述信息空間與物理世界融合的狀態(tài)认境，CPS 更偏向科學(xué)原理的驗(yàn)證胚委，數(shù)字孿生更適合工程應(yīng)用的優(yōu)化，更能夠降低復(fù)雜工程系統(tǒng)建設(shè)的費(fèi)用叉信。北京航空航天大學(xué)的陶飛亩冬，張萌等人基于數(shù)字孿生提出了數(shù)字孿生車間的概念，并從車間管理要素分析硼身，數(shù)字孿生車間的發(fā)展需要依次經(jīng)過生產(chǎn)要素硅急、生產(chǎn)活動、生產(chǎn)控制僅限于物理車間佳遂，物理車間與數(shù)字孿生車間相對獨(dú)立营袜，物理車間與數(shù)字孿生車間交互融合這個三個階段，才能夠逐漸的成熟丑罪。同濟(jì)大學(xué)的唐堂荚板，滕琳等認(rèn)為數(shù)字孿生是整合企業(yè)的制造流程，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到維護(hù)全過程的數(shù)字化吩屹，通過信息集成實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程可視化跪另，形成從分析到控制再到分析的閉合回路，優(yōu)化整個生產(chǎn)系統(tǒng)煤搜。GE Digital工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新與生態(tài)發(fā)展負(fù)責(zé)人 Robert Plana 認(rèn)為免绿，數(shù)字孿生最重要的價值是預(yù)測，在產(chǎn)品制造過程中出現(xiàn)問題時宅楞，可以基于數(shù)字孿生對生產(chǎn)策略進(jìn)行分析针姿，然后基于優(yōu)化后的生產(chǎn)策略進(jìn)行組織生產(chǎn)袱吆。?

應(yīng)用場景

從產(chǎn)品全生命周期管理、工程全生命周期管理距淫、車間管控系統(tǒng)幾個方面梳理目前數(shù)字孿生的應(yīng)用場景如下：?

最早绞绒，美國國家航空航天局使用數(shù)字孿生對空間飛行器進(jìn)行仿真分析、檢測和預(yù)測榕暇，輔助地面管控人員進(jìn)行決策蓬衡。?

Michael Grieves 教授和西門子公司主要使用數(shù)字孿生進(jìn)行產(chǎn)品數(shù)據(jù)的全生命周期管理。利用數(shù)字孿生對產(chǎn)品設(shè)計(jì)彤枢、產(chǎn)品功能狰晚、產(chǎn)品性能、加工工藝缴啡、維修維護(hù)等進(jìn)行仿真分析壁晒。?

以歐特克公司為代表的工程建設(shè)類軟件供應(yīng)商鲤屡，將數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用于建筑价淌、工廠、基礎(chǔ)設(shè)施等建設(shè)領(lǐng)域盈简，把建筑和基礎(chǔ)設(shè)施看做產(chǎn)品進(jìn)行全生命周期的管理碘裕。?

北京航空航天大陶飛等人將數(shù)字孿生應(yīng)用于車間的建設(shè)和管控携取，主要涉及基于數(shù)字孿生的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、基于數(shù)字孿生的虛擬樣機(jī)帮孔、基于數(shù)字孿生的車間快速設(shè)計(jì)雷滋、基于數(shù)字孿生的工藝規(guī)劃、基于數(shù)字孿生的車間生產(chǎn)調(diào)度優(yōu)化文兢、基于數(shù)字孿生的生產(chǎn)物流精準(zhǔn)配送晤斩、基于數(shù)字孿生的車間裝備智能控制、基于數(shù)字孿生的車間人機(jī)交互禽作、基于數(shù)字孿生的裝配尸昧、基于數(shù)字孿生的測試/檢測揩页、基于數(shù)字孿生的制造能耗管理旷偿、基于數(shù)字孿生的產(chǎn)品質(zhì)量分析與追溯、基于數(shù)字孿生的故障預(yù)測與健康管理爆侣、基于數(shù)字孿生的產(chǎn)品服務(wù)系統(tǒng)等萍程。?

數(shù)字孿生與Digital Thread

Digital Twin是與Digital Thread，既相互關(guān)聯(lián)兔仰，又有所區(qū)別的一個概念茫负。?

Digital Twin是一個物理產(chǎn)品的數(shù)字化表達(dá)，以便于我們能夠在這個數(shù)字化產(chǎn)品上看到實(shí)際物理產(chǎn)品可能發(fā)生的情況乎赴，與此相關(guān)的技術(shù)包括增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和虛擬現(xiàn)實(shí)忍法。Digital Thread在設(shè)計(jì)與生產(chǎn)的過程中潮尝，仿真分析模型的參數(shù)，可以傳遞到產(chǎn)品定義的全三維幾何模型饿序，再傳遞到數(shù)字化生產(chǎn)線加工成真實(shí)的物理產(chǎn)品勉失，再通過在線的數(shù)字化檢測/測量系統(tǒng)反映到產(chǎn)品定義模型中，進(jìn)而又反饋到仿真分析模型中原探。 依靠Digital Thread乱凿，所有數(shù)據(jù)模型都能夠雙向溝通，因此真實(shí)物理產(chǎn)品的狀態(tài)和參數(shù)將通過與智能生產(chǎn)系統(tǒng)集成的賽博物理系統(tǒng)CPS向數(shù)字化模型反饋咽弦，致使生命周期各個環(huán)節(jié)的數(shù)字化模型保持一致徒蟆，從而能夠?qū)崿F(xiàn)動態(tài)、實(shí)時評估系統(tǒng)的當(dāng)前及未來的功能和性能型型。而裝備在運(yùn)行的過程中段审，又通過將不斷增加的傳感器、機(jī)器的聯(lián)接而收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋利用闹蒜，可以將后期產(chǎn)品生產(chǎn)制造和運(yùn)營維護(hù)的需求融入到早期的產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中戚哎，形成設(shè)計(jì)改進(jìn)的智能閉環(huán)。然而嫂用，并不是建立了全機(jī)有限元模型型凳，就有了數(shù)字孿生，那只是問題的一個角度嘱函；必須在生產(chǎn)中把所有真實(shí)制造尺寸反饋回模型甘畅，再用PHM（健康預(yù)測管理）實(shí)時搜集飛機(jī)實(shí)際受力情況，反饋回模型往弓，才有可能成為Digital Twin疏唾。?

Digital Twin描述的是通過Digital Thread連接的各具體環(huán)節(jié)的模型『疲可以說Digital Thread是把各環(huán)節(jié)集成槐脏，再配合智能的制造系統(tǒng)、數(shù)字化測量檢驗(yàn)系統(tǒng)的以及賽博物理融合系統(tǒng)的結(jié)果撇寞。通過Digital Thread集成了生命周期全過程的模型顿天，這些模型與實(shí)際的智能制造系統(tǒng)和數(shù)字化測量檢測系統(tǒng)進(jìn)一步與嵌入式的賽博物理融合系統(tǒng)(CPS)進(jìn)行無縫的集成和同步，從而使我們能夠在這個數(shù)字化產(chǎn)品上看到實(shí)際物理產(chǎn)品可能發(fā)生的情況蔑担。?

簡單說牌废，Digital Thread貫穿了整個產(chǎn)品生命周期，尤其是從產(chǎn)品設(shè)計(jì)啤握、生產(chǎn)鸟缕、運(yùn)維的無縫集成；而Digital Twin更像是智能產(chǎn)品的概念，它強(qiáng)調(diào)的是從產(chǎn)品運(yùn)維到產(chǎn)品設(shè)計(jì)的回饋懂从。Digital Twin它是物理產(chǎn)品的數(shù)字化影子授段，通過與外界傳感器的集成，反映對象從微觀到宏觀的所有特性番甩，展示產(chǎn)品的生命周期的演進(jìn)過程畴蒲。當(dāng)然，不止產(chǎn)品对室，生產(chǎn)產(chǎn)品的系統(tǒng)（生產(chǎn)設(shè)備模燥、生產(chǎn)線）和使用維護(hù)中的系統(tǒng)也要按需建立Digital Twin。?

標(biāo)準(zhǔn)體系

數(shù)字孿生標(biāo)準(zhǔn)體系可包含以下部分：?

1. 基礎(chǔ)共性標(biāo)準(zhǔn)：包括術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)掩宜、參考架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)蔫骂、適用準(zhǔn)則三部分，關(guān)注數(shù)字孿生的概念定義牺汤、參考框架辽旋、適用條件與要求，為整個標(biāo)準(zhǔn)體系提供支撐作用檐迟。

2. 數(shù)字孿生關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：包括物理實(shí)體標(biāo)準(zhǔn)补胚、虛擬實(shí)體標(biāo)準(zhǔn)、孿生數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)追迟、連接與集成標(biāo)準(zhǔn)溶其、服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)五部分，用于規(guī)范數(shù)字孿生關(guān)鍵技術(shù)的研究與實(shí)施敦间，保證數(shù)字孿生實(shí)施中的關(guān)鍵技術(shù)的有效性瓶逃，破除協(xié)作開發(fā)和模塊互換性的技術(shù)壁壘。

3. 數(shù)字孿生工具/平臺標(biāo)準(zhǔn)：包括工具標(biāo)準(zhǔn)和平臺標(biāo)準(zhǔn)兩部分廓块，用于規(guī)范軟硬件工具/平臺的功能厢绝、性能、開發(fā)带猴、集成等技術(shù)要求昔汉。

4. 數(shù)字孿生測評標(biāo)準(zhǔn)：包括測評導(dǎo)則、測評過程標(biāo)準(zhǔn)拴清、測評指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)靶病、測評用例標(biāo)準(zhǔn)四部分，用于規(guī)范數(shù)字孿生體系的測試要求與評價方法贷掖。

5. 數(shù)字孿生安全標(biāo)準(zhǔn)：包括物理系統(tǒng)安全要求嫡秕、功能安全要求、信息安全要求三部分苹威，用于規(guī)范數(shù)字孿生體系中的人員安全操作、各類信息的安全存儲驾凶、管理與使用等技術(shù)要求牙甫。

6. 數(shù)字孿生行業(yè)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)：考慮數(shù)字孿生在不同行業(yè)/領(lǐng)域掷酗、不同場景應(yīng)用的技術(shù)差異性，在基礎(chǔ)共性標(biāo)準(zhǔn)窟哺、關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)泻轰、工具/平臺標(biāo)準(zhǔn)、測評標(biāo)準(zhǔn)且轨、安全標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上浮声，對數(shù)字孿生在機(jī)床、車間旋奢、工程機(jī)械裝備等具體行業(yè)應(yīng)用的落地進(jìn)行規(guī)范泳挥。

現(xiàn)實(shí)世界的數(shù)字鏡像就是數(shù)字孿生，建立數(shù)字孿生體能使我們通過“上帝”視角實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)實(shí)世界的指揮和運(yùn)行至朗。

日常生活中我們所用的“滴滴出行”打車軟件屉符，就是對現(xiàn)實(shí)世界所進(jìn)行的數(shù)字鏡像，通過對車锹引、司機(jī)矗钟、乘客三者之間建立聯(lián)系，在數(shù)字化空間解決不同對象的需求嫌变。乘客可以通過滴滴的數(shù)字化空間發(fā)布即時的出行需求吨艇，同時司機(jī)快速獲取附近有出行需求的乘客，同時雙方都可在該數(shù)字空間內(nèi)進(jìn)行路程腾啥、車輛秸应、時間等信息的精準(zhǔn)預(yù)測。

對現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行更快的認(rèn)知碑宴，無死角的監(jiān)控软啼，精準(zhǔn)的預(yù)測，并建立規(guī)則指揮運(yùn)行延柠，提供有效的交互手段提升用戶體驗(yàn)祸挪，就是建立數(shù)字孿生體對現(xiàn)實(shí)世界的五點(diǎn)意義。

想要建立數(shù)字空間贞间，就需要對現(xiàn)實(shí)世界的實(shí)體一一映射到虛擬空間贿条，并鏈接其動態(tài)信息，先形成數(shù)字孿生圖譜增热。

當(dāng)我們在構(gòu)建數(shù)字空間時整以，就必須先將現(xiàn)實(shí)世界的實(shí)體，以圍繞該實(shí)體的關(guān)系一一映射放到虛擬空間峻仇。并將實(shí)體的基本屬性公黑、動態(tài)數(shù)據(jù)等信息鏈接到數(shù)字空間，形成數(shù)字空間的大數(shù)據(jù)。與此同時凡蚜，以大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)人断，通過實(shí)體和實(shí)體的關(guān)系在數(shù)字空間內(nèi)加入時間維度，就構(gòu)成了整個數(shù)字空間最基礎(chǔ)的框架朝蜘。這也是通常我們講的數(shù)字孿生的前四個最基本的要素恶迈，數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)信息谱醇、唯一映射以及聯(lián)接監(jiān)測暇仲。

在此基礎(chǔ)上，我們就可以選擇虛擬現(xiàn)實(shí)的可視化手段副渴，并可對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析奈附，同時實(shí)現(xiàn)操作控制、仿真模擬等佳晶。通過建立數(shù)字孿生圖譜桅狠，并加入基本屬性，就能構(gòu)建數(shù)字化的空間轿秧。

萬物互聯(lián)帶來了數(shù)字孿生應(yīng)用場景的爆發(fā)中跌，而未來幾年的新技術(shù)大多會集中應(yīng)用于建設(shè)智慧園區(qū)，因此數(shù)字孿生技術(shù)是推動智慧園區(qū)建設(shè)的關(guān)鍵點(diǎn)菇篡。

從大機(jī)為王的1970年代到IoT萬物互聯(lián)的2020年代漩符，每次代際躍遷都會帶來企業(yè)數(shù)字化程度持續(xù)百倍的增長。由量變到質(zhì)變驱还，新世界就需要更強(qiáng)大的認(rèn)知和管理能力嗜暴，因此萬物互聯(lián)必定會帶來更多數(shù)字孿生應(yīng)用場景的爆發(fā)。

智慧園區(qū)作為數(shù)字孿生最重要的應(yīng)用場景之一议蟆，給其的定義是“以人為本的智慧空間”闷沥。數(shù)字孿生可視化系統(tǒng)平臺，通過物理層到平臺層咐容，提供數(shù)據(jù)接入的能力舆逃，建立物理世界和現(xiàn)實(shí)世界的關(guān)系。服務(wù)層通過構(gòu)建數(shù)字孿生世界的建模工具戳粒，提供二維路狮、三維、地圖等交互界面蔚约，并最終應(yīng)用于智慧園區(qū)奄妨。

從產(chǎn)業(yè)園區(qū)、科研院所苹祟，再到商業(yè)地產(chǎn)砸抛、高校等......數(shù)字孿生系統(tǒng)评雌，提供生態(tài)組件、行業(yè)應(yīng)用等锰悼，一個孿生平臺柳骄，實(shí)現(xiàn)多種可視場景团赏。