數(shù)字孿生的概念已經(jīng)存在了很長時間，最常見的定義是以數(shù)字方式表示一個物體。如果你創(chuàng)建了一個螺絲、工具的CAD模型，或者制造過程的數(shù)字地圖，那么你就創(chuàng)建了一個數(shù)字孿生模型——我們從60年代就開始做這件事了。今天，這一概念繼續(xù)演變。隨著CAD和制造系統(tǒng)能力的提高，數(shù)字孿生系統(tǒng)的價值也隨之提高。協(xié)調(diào)術(shù)語、定義和應(yīng)用的ISO/DIN 23247-1工作組目前正在努力協(xié)調(diào)工業(yè)系統(tǒng)中的數(shù)字孿生。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織將數(shù)字孿生定義為“<制造系統(tǒng)>可觀測制造系統(tǒng)元素滿足要求的數(shù)字表示，它能夠使元素和其數(shù)字表示之間以合適的速率實現(xiàn)同步”數(shù)字孿生當(dāng)前狀態(tài)下的同步可以在三個方面看到：模擬和預(yù)測；生產(chǎn)狀態(tài)；使用情況。
模擬與預(yù)測
模擬和預(yù)測是數(shù)字孿生的經(jīng)典用例。這些用例包括靜態(tài)和運(yùn)動CAD模型，并回答有關(guān)空間、運(yùn)動和功能方面的問題。例如，西門子用用戶定義的條件測試數(shù)字孿生，以確定數(shù)字孿生及其“真實”對應(yīng)物將如何反應(yīng)：“基于數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，開發(fā)人員和客戶可以在虛擬化中心測試功能和操作員界面，甚至在機(jī)器制造之前。”預(yù)測用例來自有限元模型(FEA)。通?；诘谝辉砦锢韺W(xué)的FEA模型由于其基于相同的方程組，因此其行為與它們的真實對應(yīng)物相同。理想情況下，它們旨在回答這樣一個問題：“該器件在實際工作條件下工作嗎？”雖然結(jié)果非常接近，而且信息豐富，但在現(xiàn)實世界中，每個部分的行為都會因變化而略有不同。
《現(xiàn)代機(jī)械車間》雜志的布倫特·唐納森寫道：“工程師們在安裝控制器之前，對機(jī)器工作臺所在的區(qū)域進(jìn)行了沖擊測試，以測量結(jié)構(gòu)動態(tài)。后來，當(dāng)機(jī)器完成時，這些固有頻率、模態(tài)剛度值和阻尼比將影響機(jī)器的性能，而嵌入式傳感器將幫助監(jiān)測其振動，并告知總體速度和進(jìn)給選擇。“用于模擬和預(yù)測的數(shù)字孿生模型的當(dāng)前發(fā)展將真實世界的數(shù)據(jù)輸入到模型中。這一過程降低了單獨基于第一原理物理進(jìn)行估計的風(fēng)險，并提供了一個更精確的預(yù)測。
成品
成品用例結(jié)合了在制造過程中收集的反饋，在零件從原材料轉(zhuǎn)化為最終形狀時收集有價值的數(shù)據(jù)。這些用例集中在流程中不同步驟創(chuàng)建的零件特性上。收集這些數(shù)據(jù)可以使制造過程更加敏捷。根據(jù)存在或不存在的功能來優(yōu)化實時路由修改是一項將利用數(shù)字孿生技術(shù)的業(yè)務(wù)需求。這確實需要一些制造執(zhí)行數(shù)據(jù)的自動化來完全實現(xiàn)，但是第一步要從制造條件中得出。
使用時
作為使用案例，將最終裝配與設(shè)備運(yùn)行條件和輸出的實時信息結(jié)合起來。GE digital的使用案例確定了數(shù)字孿生技術(shù)帶來的好處，如提高可靠性和可用性、降低風(fēng)險、降低維護(hù)成本、改進(jìn)生產(chǎn)和更快的實現(xiàn)價值的時間。這些好處是降低運(yùn)營和維護(hù)成本的結(jié)果。
數(shù)字孿生的概念將在未來幾十年繼續(xù)發(fā)展。關(guān)鍵是通過業(yè)務(wù)需求將數(shù)字模型連接到物理世界。更精確的模擬將驅(qū)動性能更好的器件。了解已制造的零件將增加制造的敏捷性，減少不必要的步驟?？梢暬a(chǎn)品的使用可以降低操作維護(hù)成本。
