數(shù)字孿生迅速成為熱潮，源于數(shù)字化設(shè)計(jì)、虛擬仿真和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)（工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)）等關(guān)鍵使能技術(shù)的蓬勃發(fā)展與交叉融合。
數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)從早期的二維設(shè)計(jì)發(fā)展到三維建模，從三維線框造型進(jìn)化到三維實(shí)體造型、特征造型，產(chǎn)生了諸如直接建模、同步建模、混合建模等技術(shù)，以及面向建筑與施工行業(yè)的BIM技術(shù)（建筑信息模型）。
三維建模技術(shù)不光用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，并且可以實(shí)現(xiàn)三維工藝設(shè)計(jì)。產(chǎn)品的三維模型中不僅包括幾何信息、裝配關(guān)系，還包括PMI（產(chǎn)品制造信息，包括尺寸、公差、形位公差、粗糙度和材料規(guī)格等信息）等制造信息，已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)MBD（基于模型的產(chǎn)品定義）。為了支持產(chǎn)品三維模型的快速瀏覽，可以從包含三維工藝特征的完整三維特征模型中，抽取出僅包括幾何信息的輕量化三維模型。
基于三維造型和三維顯示技術(shù)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）取得了蓬勃發(fā)展，廣泛用于汽車、飛機(jī)、工廠等復(fù)雜對象的虛擬體驗(yàn)，包括沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)Cave，用于產(chǎn)品展示和市場推廣的三維渲染技術(shù)，以及基于視景仿真的模擬駕駛技術(shù)等。近年來又發(fā)展起來增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)(AR)，其特點(diǎn)是可以將實(shí)物模型和數(shù)字化模型融合在一個可視化環(huán)境之中，從而實(shí)現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)的可視化，還可以進(jìn)行產(chǎn)品操作、裝拆及維修過程的三維可視化，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品操作培訓(xùn)、維修維護(hù)等應(yīng)用。
虛擬仿真技術(shù)從早期的有限元分析發(fā)展到對流場、熱場、電磁場等多個物理場的仿真，多領(lǐng)域物理建模，對振動、碰撞、噪聲、爆炸等各種物理現(xiàn)象的仿真，對產(chǎn)品的運(yùn)動仿真，及材料力學(xué)、彈性力學(xué)和動力學(xué)仿真，對產(chǎn)品長期使用的疲勞仿真，對整個產(chǎn)品的系統(tǒng)仿真，以及針對注塑、鑄造、焊接、折彎和沖壓等各種加工工藝的仿真，以及裝配仿真，幫助產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)整體性能最優(yōu)的多學(xué)科仿真與優(yōu)化，針對數(shù)控加工和工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動仿真（其中數(shù)控仿真又可以分為僅仿真刀具軌跡，以及仿真整個工件、刀具和數(shù)控裝備的運(yùn)動），還有面向工廠的設(shè)備布局、產(chǎn)線、物流和人因工程仿真。如果從仿真的對象來區(qū)分，虛擬仿真技術(shù)可以分為產(chǎn)品性能仿真、制造工藝仿真和數(shù)字化工廠仿真。
在數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)和虛擬仿真技術(shù)發(fā)展和集成應(yīng)用的過程中，產(chǎn)生了Digital Mockup（DMU，數(shù)字原型）、Digital Prototyping（數(shù)字樣機(jī)）、Virtual Prototype（虛擬樣機(jī)）、Functional Virtual Prototype（全功能虛擬樣機(jī)）等技術(shù)，主要是用于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜產(chǎn)品的運(yùn)動仿真、裝配仿真和性能仿真。通過對數(shù)字樣機(jī)進(jìn)行虛擬試驗(yàn)，可以減少物理樣機(jī)和物理試驗(yàn)的數(shù)量，從而降低產(chǎn)品研發(fā)和試制成本，提高研發(fā)效率。
另一方面，隨著傳感器技術(shù)和無線通信技術(shù)的發(fā)展，二十一世紀(jì)以來，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用越來越廣。除在消費(fèi)領(lǐng)域應(yīng)用之外，為了支持高價(jià)值工業(yè)設(shè)備的運(yùn)行監(jiān)控和維修維護(hù)，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIOT）開始受到業(yè)界廣泛關(guān)注。IIOT采集的數(shù)據(jù)類型和采集頻率比普通的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用高得多，而應(yīng)用的數(shù)學(xué)模型和分析方法也比普通的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用復(fù)雜得多。
從數(shù)字孿生技術(shù)的發(fā)展背景可以看出，數(shù)字孿生模型是相對于其物理模型而言的。可以先建立數(shù)字孿生模型，應(yīng)用數(shù)字孿生模型來進(jìn)行虛擬試驗(yàn)，但最終還是要建立物理模型，通過對數(shù)字孿生的分析，來優(yōu)化物理模型的運(yùn)行。除了上述技術(shù)，工業(yè)大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)也是數(shù)字孿生的關(guān)鍵使能技術(shù)。
