目前，數(shù)字孿生技術(shù)不單運(yùn)用在加工制造業(yè)中，也早已進(jìn)入了物聯(lián)網(wǎng)、人工智能和大數(shù)據(jù)分析的融合世界。隨著數(shù)字孿生技術(shù)的不斷發(fā)展，已從單一項(xiàng)目的數(shù)字轉(zhuǎn)變?yōu)橄嗷ヂ?lián)系的系統(tǒng)模型，越來越多的企業(yè)通過數(shù)字化的方式來組織協(xié)調(diào)人員、項(xiàng)目進(jìn)度，從而帶來更好的業(yè)務(wù)效益。但數(shù)字孿生到底是什么呢？又是如何工作的？
1、數(shù)字孿生技術(shù)是什么？
數(shù)字孿生是充分運(yùn)用物理模型、傳感器更新、運(yùn)行歷史等數(shù)據(jù)，集成多學(xué)科、多物理量、多尺度、多概率的模擬仿真過程，在虛擬空間中進(jìn)行映射，從而反映相對(duì)應(yīng)的實(shí)體裝備的全生命周期過程。
數(shù)字孿生技術(shù)早已運(yùn)用到建筑物、工廠甚至城市等大型項(xiàng)目中，有人提出，流程也可以擁有數(shù)字孿生，對(duì)數(shù)字孿生這一概念進(jìn)行了更深層次的挖掘。這個(gè)想法開始出現(xiàn)在NASA：早期太空艙的詳細(xì)模型在地面上主要用于鏡像和診斷軌道中存在的問題，而后被全數(shù)字模擬所取代。
但實(shí)際上，在Gartner將“數(shù)字孿生”列入2017年戰(zhàn)略性技術(shù)趨勢之一以后，這個(gè)名詞才開始流行起來。Gartner表示，數(shù)字孿生是物理事物或系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)軟件模型，它依賴于傳感器數(shù)據(jù)。三到五年內(nèi)，數(shù)以億計(jì)的物品將通過數(shù)字孿生呈現(xiàn)。一年后，Gartner再次將數(shù)字孿生歸為主要趨勢，并大膽預(yù)測，到2020年將有210億個(gè)連接的傳感器和終端設(shè)備，數(shù)字孿生將在不久之后存在于數(shù)十億個(gè)事物中。在其本質(zhì)上，數(shù)字孿生是某種計(jì)算機(jī)程序，它將相關(guān)物理對(duì)象或系統(tǒng)的真實(shí)數(shù)據(jù)作為輸入，同時(shí)將生成的數(shù)據(jù)作為輸出，預(yù)測或模擬物理對(duì)象或系統(tǒng)可能遭受到這些輸入的影響。
2、數(shù)字孿生如何工作？
數(shù)字孿生的興起是由專家（通常情況下是數(shù)據(jù)科學(xué)或應(yīng)用數(shù)學(xué)專家）建立的。這些開發(fā)人員探究了被模仿的物理對(duì)象或系統(tǒng)基礎(chǔ)的物理學(xué)，并利用該數(shù)據(jù)開發(fā)了數(shù)學(xué)模型，從而模擬數(shù)字空間中的真實(shí)世界。
數(shù)字孿生的構(gòu)造使其能夠接收來自于傳感器的輸入，這些傳感器從真實(shí)世界采集數(shù)據(jù)，使得數(shù)字孿生可以實(shí)時(shí)得模擬仿真物理對(duì)象，并在這個(gè)過程中洞悉性能和潛在問題。數(shù)字孿生也能夠以其物理對(duì)應(yīng)物的原型為依據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。在這種情況下，數(shù)字孿生可以在產(chǎn)品精制時(shí)提供反饋。在創(chuàng)建任何物理版本之前，數(shù)字孿生甚至可以自身作為原型。
3、數(shù)字孿生與物聯(lián)網(wǎng)
顯而易見的是，物聯(lián)網(wǎng)傳感器的大幅增長使得數(shù)字孿生成為可能。隨著物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的不斷健全和完善，數(shù)字孿生方案能夠包含較小和較不復(fù)雜的對(duì)象，這給企業(yè)帶來了意料之外的驚喜。
數(shù)字孿生可以根據(jù)可變數(shù)據(jù)來預(yù)測不同的結(jié)果。這與科幻片中經(jīng)常出現(xiàn)的運(yùn)行模擬場景類似，其中在數(shù)字環(huán)境中證明了可能的場景。通過額外的軟件和數(shù)據(jù)分析，數(shù)字孿生可以優(yōu)化IoT部署以提高效率，并協(xié)助設(shè)計(jì)人員在實(shí)際部署之前明確該去的地方或操作方式。
數(shù)字孿生復(fù)制物理對(duì)象的次數(shù)越多，則發(fā)現(xiàn)效率和其他好處的可能性也就越大。例如，在制造過程中，儀器越高的設(shè)備越多，數(shù)字孿生可能會(huì)更加準(zhǔn)確地模擬設(shè)備時(shí)間的運(yùn)行情況，這有利于預(yù)測未來的性能和可能的故障。
4、數(shù)字孿生和預(yù)測孿生
“數(shù)字孿生”可以包括設(shè)備說明、3D渲染和設(shè)備中所有傳感器的詳細(xì)信息，它不斷生成模擬現(xiàn)實(shí)生活選擇的傳感器讀數(shù)。”可預(yù)測孿生“為設(shè)備的未來狀態(tài)和行為建模，這是基于來自其他設(shè)備的歷史數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以模擬故障和其他可能出現(xiàn)的狀況。作為數(shù)字孿生計(jì)劃的一部分，Microsoft正在運(yùn)用該概念并將其應(yīng)用于除物理產(chǎn)品外的流程中。微軟表示：“流程清單是數(shù)字化轉(zhuǎn)型的下一個(gè)階段，它使整個(gè)工廠和供應(yīng)鏈中的產(chǎn)品數(shù)字孿生獲益更多。”在相關(guān)的白皮書中，著重強(qiáng)調(diào)了一些先進(jìn)的生產(chǎn)制造場景。
5、數(shù)字孿生的優(yōu)勢
數(shù)字孿生可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)查看物理資產(chǎn)的狀況，從源頭上減輕維護(hù)負(fù)擔(dān)。雪佛龍公司目前已經(jīng)為其油田和煉油廠引進(jìn)數(shù)字孿生技術(shù)，保守估計(jì)將省下數(shù)百萬美元的維護(hù)費(fèi)用。西門子表示，利用數(shù)字孿生技術(shù)對(duì)還未生產(chǎn)制造的物體進(jìn)行建模和原型設(shè)計(jì)，能夠有效減少產(chǎn)品缺陷并縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。
但值得注意的是，Gartner提到，“數(shù)字孿生并不是剛性需求，很有可能會(huì)增加復(fù)雜性。”對(duì)于特定的商業(yè)問題而言，數(shù)字孿生在很大程度上存在成本、安全性、隱私以及集成等方面的問題。
6、數(shù)字孿生的應(yīng)用
（1）加工制造業(yè)是數(shù)字孿生部署較廣的領(lǐng)域，工廠早已借助數(shù)字孿生來模擬其流程。
（2）汽車數(shù)字孿生的出現(xiàn)是因?yàn)槠囋缫蜒b配有遙測傳感器，但隨著自動(dòng)駕駛汽車的不斷上路，健全完善相關(guān)技術(shù)顯得尤為關(guān)鍵。
（3）醫(yī)療保健是產(chǎn)生以上數(shù)字孿生的領(lǐng)域。創(chuàng)口貼大小的傳感器將健康信息傳回?cái)?shù)字孿生，從而達(dá)到監(jiān)控、預(yù)測患者健康狀況的目的。
