數(shù)字孿生技術(shù)的實現(xiàn)依賴于諸多先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，其技術(shù)體系按照從基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集層到頂端應(yīng)用層，可以依次分為數(shù)據(jù)保障層、建模計算層、功能層和沉浸式體驗層。
展開來說，數(shù)據(jù)保障層是整個數(shù)字孿生技術(shù)體系的基礎(chǔ)，支撐著整個上層體系的運作，其主要由高性能傳感器數(shù)據(jù)采集、高速數(shù)據(jù)傳輸和全生命周期數(shù)據(jù)管理3個部分構(gòu)成。
其中，數(shù)據(jù)是整個數(shù)字孿生技術(shù)體系的基礎(chǔ)，海量復(fù)雜系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)包含用于提取和構(gòu)建系統(tǒng)特征的最重要信息，與專家經(jīng)驗知識相比，系統(tǒng)實時傳感信息更準(zhǔn)確、更能反映系統(tǒng)的實時物理特性，對多運行階段系統(tǒng)更具適用性。作為整個體系的最前沿部分，其重要性毋庸置疑。
圖片建模計算層主要由建模算法和一體化計算平臺兩部分構(gòu)成，通過采用多物理、多尺度的方法對傳感數(shù)據(jù)進(jìn)行多層次的解析，挖掘和學(xué)習(xí)其中蘊含的相關(guān)關(guān)系、邏輯關(guān)系和主要特征，實現(xiàn)對系統(tǒng)的超現(xiàn)實狀態(tài)表征和建模，并能預(yù)測系統(tǒng)未來狀態(tài)和壽命，依據(jù)其當(dāng)前和未來的健康狀態(tài)評估其執(zhí)行任務(wù)成功的可能性。
功能層面向?qū)嶋H的系統(tǒng)設(shè)計、生產(chǎn)、使用和維護(hù)需求提供相應(yīng)的功能，包括多層級系統(tǒng)壽命估計、系統(tǒng)集群執(zhí)行任務(wù)能力的評估、系統(tǒng)集群維護(hù)保障、系統(tǒng)生產(chǎn)過程監(jiān)控及系統(tǒng)設(shè)計輔助決策等功能。
針對復(fù)雜系統(tǒng)在使用過程中存在的異常和退化現(xiàn)象，在功能層開展針對系統(tǒng)關(guān)鍵部件和子系統(tǒng)的退化建模和壽命估計工作，為系統(tǒng)健康狀態(tài)的管理提供指導(dǎo)和評估依據(jù)。對于需要協(xié)同工作的復(fù)雜系統(tǒng)集群，功能層為其提供協(xié)同執(zhí)行任務(wù)的可執(zhí)行性評估和個體自身狀態(tài)感知，輔助集群任務(wù)的執(zhí)行過程決策。
作為數(shù)字孿生體系的直接價值體現(xiàn)，功能層可以根據(jù)實際系統(tǒng)需要進(jìn)行定制，在建模計算層提供的強(qiáng)大信息接口的基礎(chǔ)上，功能層可以滿足高可靠性、高準(zhǔn)確度、高實時性及智能輔助決策等多個性能指標(biāo)，提升產(chǎn)品在整個生命周期內(nèi)的表現(xiàn)性能。
沉浸式體驗層主要是為使用者提供良好的人機(jī)交互使用環(huán)境，讓使用者能夠獲得身臨其境的技術(shù)體驗，從而迅速了解和掌握復(fù)雜系統(tǒng)的特性和功能，并能夠便捷地通過語音和肢體動作訪問功能層提供的信息，獲得分析和決策方面的信息支持。
沉浸式體驗層通過集成多種先進(jìn)技術(shù)，實現(xiàn)多物理、多尺度的集群仿真，利用高保真建模和仿真技術(shù)及狀態(tài)深度感知，以及自感知技術(shù)構(gòu)建目標(biāo)系統(tǒng)的虛擬實時任務(wù)孿生體，持續(xù)預(yù)測系統(tǒng)健康、剩余使用壽命和任務(wù)執(zhí)行成功率。
可以說，從建模計算層開始，每一層的實現(xiàn)都建立在前面各層的基礎(chǔ)之上，是對前面各層功能的進(jìn)一步豐富和拓展。
