“數字孿生”這個術語由邁克爾·格里夫（Michael Grieves）教授在美國密歇根大學任教時首先提出。2002年12月3日，他在該校“PLM開發(fā)聯盟”成立時的講稿中首次圖示了“數字孿生”的概念內涵，2003年他在講授PLM課程時使用了“Digital Twin（數字孿生）”，在2014年他撰寫的“數字孿生：通過虛擬工廠復制實現卓越制造（Digital Twin:Manufacturing Excellence through Virtual Factory Replication）”文章中進行了較為詳細的闡述，奠定了數字孿生的基本內涵。
在維基百科上，數字孿生（Digital Twin）的定義是“出于各種目的將實物資產進行計算機輔助應用。從安裝在實物上的傳感器獲得數據，來表示出實物的實時狀態(tài)、工況或者位置。數字孿生也可被用于監(jiān)控、診斷和預測等應用。”并給出了基于“準確度”和“基于實物-統計”的四個發(fā)展方向（如下圖）。
（圖片來自于維基百科網頁）
相比起上面這個定義，百度百科上采用的是美國國防采辦大學的定義，描述的更為詳盡一些：數字孿生是充分利用物理模型、傳感器更新、運行歷史等數據，集成多學科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過程，在虛擬空間中完成映射，從而反映相對應的實體裝備的全生命周期過程。數字孿生是一種超越現實的概念，可以被視為一個或多個重要的、彼此依賴的裝備系統的數字映射系統。
數字孿生是個普遍適應的理論技術體系，可以在眾多領域應用，目前在產品設計、產品制造、醫(yī)學分析、航空航天、工程建設等領域應用較多。例如：數字孿生已經被用來驗證和調節(jié)汽車自動剎車系統、維修和診斷航空發(fā)動機、重新調整控制器以適應性能下降的宇航推進器，以及大量的工廠車間數字孿生模型應用。目前在國內應用最深入的是工程建設領域，關注度最高、研究最熱的是智能制造領域。
古人發(fā)明了象棋用來模擬推演戰(zhàn)爭、用觀看星象來占卜未來；今人可以利用高度量化的數字孿生技術來模擬或推演物理場景，目的都是為了更為高效和低成本地進行直觀布局、推演和預測。其實數字孿生技術已經廣泛在我們身邊進行著應用，例如最近令國人無比驕傲的嫦娥五號登月，我們在電視新聞里看到的飛行器所有空中姿態(tài)鏡頭都是數字孿生出來的仿真圖像，并非實際攝像鏡頭。
在工業(yè)領域，目前有被廣泛認同的三類工業(yè)化數字孿生定義，即產品設計數字孿生（Digital Product Twins）、生產流程數字孿生（Digital Production Twins）和設備運維數字孿生（Digital Performance Twins）?；诋a品的全壽命周期，數字孿生技術可以貫穿始終，并將所有記錄都實現數字化，集成在PLM（Product Lifecycle Management）產品全壽命周期管理系統平臺中進行知識管理。于是自然形成了智能化設備、邊緣計算系統、OT（Operational Technology）運營技術系統與IT信息化系統相互數據融合，這才能夠真正意義上實現制造業(yè)升級，幫助制造業(yè)企業(yè)向最終用戶更好地服務，創(chuàng)造新的價值空間。
（圖片來自于Matlab Expo 2019）
大約從2014年開始，西門子、達索、PTC、ESI、ANSYS等知名工業(yè)軟件公司，都在宣傳中使用“Digital Twin”這一名詞，并陸續(xù)在技術構建、概念內涵上做了很多深入研究和拓展。在技術應用方面，美國波音公司率先為F-15C型飛機創(chuàng)建了數字孿生體，不同工況條件、不同場景的模型都可以在數字孿生體上加載，每個階段、每個環(huán)節(jié)都可以衍生出一個或多個不同的數字孿生體，從而對飛機進行全生命周期各項活動的仿真分析、評估和決策，讓物理產品獲得更好的可制造性、裝配性、檢測性和保障性（如下圖）。
（圖片來自于百度）
由于我國在工業(yè)設計軟件自主開發(fā)方面的全面落后，目前我們在國內看到的所謂“數字孿生”，十分缺乏在設計階段和運維中的實際應用，比較多的都是出現在生產場景，例如車間現場和設備的靜態(tài)虛擬模型搭建，然后將模型展示在監(jiān)控中心的大屏上，再顯示一些報警信息和結構化報表。這種信息化項目的投入往往很難得到中層管理人員的認同和理解，因為可視化只是數字孿生的一個組成部分，已經十分了解業(yè)務情況的中層管理人員和基層操作人員并未能從信息可視化中獲得足夠多的業(yè)務支持。有價值的數字化項目投入應該符合企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略，聚焦在新技術如何給企業(yè)賦能，整體實現企業(yè)在價值鏈不同環(huán)節(jié)的能力提升，促進敏捷性組織重構，從而對業(yè)務產生實際價值。
一般來說，成功實現數字孿生技術的企業(yè)都有一個雄心勃勃的發(fā)展愿景，內部文化積極向上，極端重視現代化管理人才培養(yǎng)，特別是培養(yǎng)大量的跨專業(yè)的數字化人才，并堅持持續(xù)投入企業(yè)數字化轉型戰(zhàn)略。而許多企業(yè)在數字化轉型過程中過于關注IT系統本身孰優(yōu)孰劣，或者實施團隊哪家更強，往往忽視了內部的戰(zhàn)略規(guī)劃、文化氛圍和人才機制。其實，企業(yè)數字化轉型要轉的不止是“系統”，而是企業(yè)“基因”。只有“轉基因”成功，才能更好地響應習近平總書記多次強調的“善于化危為機，抓住產業(yè)數字化、數字產業(yè)化賦予的機遇”。
目前全球都處于數字化轉型迅猛發(fā)展階段，主要任務是將現實世界中的“人財物”更為廣泛地變成可量化的、結構化的、計算機更容易讀懂的數據，數字孿生技術的發(fā)展主要依靠企業(yè)希望提升運營效率和業(yè)績來驅動。而在未來，隨著資源越發(fā)稀缺，企業(yè)對設備資產全壽命管理表現出足夠重視，設備的運維和改造升級項目將以近乎零成本對這些數字孿生體進行虛擬測試和反復迭代，這樣可以大幅度減少對物理實體測試環(huán)境的依賴和損耗，減少或避免可能出現的環(huán)境污染或人體傷害。最終通過一兩次迭代就能實現對實體機器設備的改進。因此，數字孿生技術突破的領域將更加寬廣，結合AI、VR/AR、量子計算機、3D打印等高科技必定會催生出多個獨角獸巨星公司，同時也會給我們的世界帶來難以想象的變化。呂克貝松拍攝的電影《超體LUCY》離我們真的不會太過遙遠，DC動畫片《超能陸戰(zhàn)隊Big Hero》里的一幕幕場景也都會變成現實......
