數(shù)字孿生又稱“數(shù)字雙胞胎”，是將工業(yè)產(chǎn)品、制造系統(tǒng)、城市等復(fù)雜物理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、狀態(tài)、行為、功能和性能映射到數(shù)字化的虛擬世界，通過實時傳感、連接映射、精確分析和沉浸交互來刻畫、預(yù)測和控制物理系統(tǒng)，實現(xiàn)復(fù)雜系統(tǒng)虛實融合，使系統(tǒng)全要素、全過程、全價值鏈達到最大限度的閉環(huán)優(yōu)化。
數(shù)字孿生的內(nèi)涵
近年來，數(shù)字孿生技術(shù)受到國內(nèi)外產(chǎn)業(yè)界與學(xué)術(shù)界的高度重視。中國工程院發(fā)布的《全球工程前沿2020》報告將數(shù)字孿生驅(qū)動的智能制造列為機械與運載工程領(lǐng)域研究前沿之首。全球IT研究與顧問咨詢公司Gartner連續(xù)三年（2017-2019）將數(shù)字孿生列為十大戰(zhàn)略科技發(fā)展趨勢之一。由于數(shù)字孿生契合了我國以信息技術(shù)為產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級賦能的戰(zhàn)略需求，已成為應(yīng)對當(dāng)前百年未有之大變局的關(guān)鍵使能技術(shù)之一。
具體而言，數(shù)字孿生的實質(zhì)是建立現(xiàn)實世界物理系統(tǒng)的虛擬數(shù)字鏡像，貫穿于物理系統(tǒng)的全生命周期，并隨著物理系統(tǒng)動態(tài)演化。建立數(shù)字孿生的基本思路是，在對物理系統(tǒng)進行數(shù)字化精確建模和狀態(tài)信息實時傳感的基礎(chǔ)上，建立傳感數(shù)據(jù)與數(shù)字化模型的連接映射，使得數(shù)字化模型能夠?qū)崟r、真實反映物理系統(tǒng)在現(xiàn)實世界的行為，并通過人工智能算法實現(xiàn)對系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)的精確分析和未來狀態(tài)的科學(xué)預(yù)測。值得注意的是，在現(xiàn)有的技術(shù)手段下，數(shù)字孿生還無法做到對復(fù)雜物理系統(tǒng)的全息復(fù)制，往往是對物理系統(tǒng)關(guān)鍵信息的局部復(fù)制。
數(shù)字孿生的具體應(yīng)用
近年來，隨著5G、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能和混合現(xiàn)實等新一代信息技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字孿生在理論層面和應(yīng)用層面均取得了快速發(fā)展。數(shù)字孿生與產(chǎn)業(yè)技術(shù)的深度融合，有力推動了相關(guān)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的發(fā)展進程，正成為產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的強大推動力。
在工業(yè)產(chǎn)品研發(fā)領(lǐng)域，通過構(gòu)建工業(yè)產(chǎn)品與裝備的數(shù)字孿生，可以實現(xiàn)產(chǎn)品裝備的服役監(jiān)測和健康管理。例如，當(dāng)航空飛行器在天上飛行的時候，地面的數(shù)字孿生系統(tǒng)就可以通過采集的飛行器實時傳感數(shù)據(jù)，精確模擬飛行器的運行狀態(tài)，預(yù)測飛行器的未來性能和潛在故障等，甚至可以提前15~30天發(fā)現(xiàn)一些潛在的故障。數(shù)字孿生深刻改變了未來產(chǎn)品的形態(tài)，未來企業(yè)交付給客戶的產(chǎn)品將不僅僅是物理實體，而是虛實共融的孿生形態(tài)。
在生產(chǎn)制造領(lǐng)域，通過數(shù)字孿生，在建設(shè)實體工廠的同時在電腦上構(gòu)建一個虛擬工廠，把實體工廠的每個車間、每條流水線、每臺設(shè)備、每個生產(chǎn)動作都映射在虛擬工廠上。在生產(chǎn)過程中，通過數(shù)字孿生實時監(jiān)控實體工廠的生產(chǎn)狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)瓶頸，優(yōu)化車間生產(chǎn)調(diào)度，從而提高工廠的生產(chǎn)效率和管控水平?；跀?shù)字孿生的智能工廠，將成為未來工廠的重要發(fā)展趨勢。
在城市管理領(lǐng)域，通過構(gòu)建城市的數(shù)字孿生，可以實現(xiàn)城市全景可視化和動態(tài)智能管理。例如，通過數(shù)字孿生對城市交通數(shù)據(jù)進行實時分析，可精準預(yù)測城市交通擁堵的關(guān)鍵節(jié)點，進而提前進行交通管制，緩解交通壓力。未來的城市，將建立在數(shù)字孿生的基礎(chǔ)上，具備自主學(xué)習(xí)的能力，演變?yōu)榫哂懈叨戎腔鄣某鞘行滦螒B(tài)。
除了上述領(lǐng)域之外，智慧醫(yī)療、智慧物流、智慧農(nóng)業(yè)以及安全應(yīng)急等眾多行業(yè)領(lǐng)域都在大力發(fā)展數(shù)字孿生技術(shù)，數(shù)字孿生應(yīng)用場景非常廣闊。
