數(shù)字孿生技術(shù)通過構(gòu)建物理對象的數(shù)字化鏡像，描述物理對象在現(xiàn)實(shí)世界中的變化，模擬物理對象在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中行為和影響，以實(shí)現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷、趨勢預(yù)測和綜合優(yōu)化。
為了構(gòu)建數(shù)字化鏡像并實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，需要IOT、建模、仿真等基礎(chǔ)支撐技術(shù)通過平臺化的架構(gòu)進(jìn)行融合，搭建從物理世界到孿生空間的信息交互閉環(huán)。整體來看，一個(gè)完成的數(shù)字孿生系統(tǒng)應(yīng)包含以下四個(gè)實(shí)體層級：
一是數(shù)據(jù)采集與控制實(shí)體，主要涵蓋感知、控制、標(biāo)識等技術(shù)，承擔(dān)孿生體與物理對象間上行感知數(shù)據(jù)的采集和下行控制指令的執(zhí)行。
二是核心實(shí)體，依托通用支撐技術(shù)，實(shí)現(xiàn)模型構(gòu)建與融合、數(shù)據(jù)集成、仿真分析、系統(tǒng)擴(kuò)展等功能，是生成孿生體并拓展應(yīng)用的主要載體。
三是用戶實(shí)體，主要以可視化技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為主，承擔(dān)人機(jī)交互的職能。
四是跨域?qū)嶓w，承擔(dān)各實(shí)體層級之間的數(shù)據(jù)互通和安全保障職能。
基礎(chǔ)技術(shù)：感知
感知是數(shù)字孿生體系架構(gòu)中的底層基礎(chǔ)，在一個(gè)完備的數(shù)字孿生系統(tǒng)中，對運(yùn)行環(huán)境和數(shù)字孿生組成部件自身狀態(tài)數(shù)據(jù)的獲取，是實(shí)現(xiàn)物理對象與其數(shù)字孿生系統(tǒng)間全要素、全業(yè)務(wù)、全流程精準(zhǔn)映射與實(shí)時(shí)交互的重要一環(huán)。因此，數(shù)字孿生體系對感知技術(shù)提出更高要求，為了建立全域全時(shí)段的物聯(lián)感知體系，并實(shí)現(xiàn)物理對象運(yùn)行態(tài)勢的多維度、多層次精準(zhǔn)監(jiān)測，感知技術(shù)不但需要更精確可靠的物理測量技術(shù)，還需考慮感知數(shù)據(jù)間的協(xié)同交互，明確物體在全域的空間位置及唯一標(biāo)識，并確保設(shè)備可信可控。
基礎(chǔ)技術(shù)：網(wǎng)絡(luò)
網(wǎng)絡(luò)是數(shù)字孿生體系架構(gòu)的基礎(chǔ)設(shè)施，在數(shù)字孿生系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)可以對物理運(yùn)行環(huán)境和數(shù)字孿生組成部件自身信息交互進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸，是實(shí)現(xiàn)物理對象與其數(shù)字孿生系統(tǒng)間實(shí)時(shí)交互、相互影響的前提。網(wǎng)絡(luò)既可以為數(shù)字孿生系統(tǒng)的狀態(tài)數(shù)據(jù)提供增強(qiáng)能力的傳輸基礎(chǔ)，滿足業(yè)務(wù)對超低時(shí)延、高可靠、精同步、高并發(fā)等關(guān)鍵特性的演進(jìn)需求，也可以助推物理網(wǎng)絡(luò)自身實(shí)現(xiàn)高效率創(chuàng)新，有效降低網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)施的部署成本和運(yùn)營效率。
伴隨物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的興起，通信模式不斷更新，網(wǎng)絡(luò)承載的業(yè)務(wù)類型、網(wǎng)絡(luò)所服務(wù)的對象、連接到網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備類型等呈現(xiàn)出多樣化發(fā)展，要求網(wǎng)絡(luò)具有較高靈活性；同時(shí)，伴隨移動網(wǎng)絡(luò)深入樓宇、醫(yī)院、商超、工業(yè)園區(qū)等場景，物理運(yùn)行環(huán)境對確定性數(shù)據(jù)傳輸、廣泛的設(shè)備信息采集、高速率數(shù)據(jù)上傳、極限數(shù)量設(shè)備連接等需求愈加強(qiáng)烈，這也相應(yīng)要求物理運(yùn)行環(huán)境必須打破以前“黑盒”和“盲啞”的狀態(tài)，讓現(xiàn)場設(shè)備、機(jī)器和系統(tǒng)能夠更加透明和智能。因此，數(shù)字孿生體系架構(gòu)需要更加豐富和強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)物理網(wǎng)絡(luò)的極簡化和智慧化運(yùn)維。
關(guān)鍵技術(shù)：建模
數(shù)字孿生的建模是將物理世界的對象數(shù)字化和模型化的過程。通過建模將物理對象表達(dá)為計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)所能識別的數(shù)字模型，對物理世界或問題的理解進(jìn)行簡化和模型化。數(shù)字孿生建模需要完成從多領(lǐng)域多學(xué)科角度模型融合以實(shí)現(xiàn)物理對象各領(lǐng)域特征的全面刻畫，建模后的虛擬對象會表征實(shí)體對象的狀態(tài)、模擬實(shí)體對象在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的行為、分析物理對象的未來發(fā)展趨勢。建立物理對象的數(shù)字化建模技術(shù)是實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生的源頭和核心技術(shù)，也是“數(shù)字化”階段的核心。而模型實(shí)現(xiàn)方法研究主要涉及建模語言和模型開發(fā)工具等，關(guān)注如何從技術(shù)上實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生模型。在模型實(shí)現(xiàn)方法上，相關(guān)技術(shù)方法和工具呈多元化發(fā)展趨勢。當(dāng)前，數(shù)字孿生建模語言主要有Modelica、AutomationML、UML、SysML及XML等。一些模型采用通用建模工具如CAD等開發(fā)，更多模型的開發(fā)是基于專用建模工具如FlexSim和Qfsm等。
關(guān)鍵技術(shù)：仿真
數(shù)字孿生體系中的仿真作為一種在線數(shù)字仿真技術(shù)，將包含了確定性規(guī)律和完整機(jī)理的模型轉(zhuǎn)化成軟件的方式來模擬物理世界。只要模型正確，并擁有了完整的輸入信息和環(huán)境數(shù)據(jù)，就可以基本正確地反映物理世界的特性和參數(shù)，驗(yàn)證和確認(rèn)對物理世界或問題理解的正確性和有效性。從仿真的視角，數(shù)字孿生技術(shù)中的仿真屬于一種在線數(shù)字仿真技術(shù)，可以將數(shù)字孿生理解為：針對物理實(shí)體建立相對應(yīng)的虛擬模型，并模擬物理實(shí)體在真實(shí)環(huán)境下的行為。和傳統(tǒng)的仿真技術(shù)相比，更強(qiáng)調(diào)物理系統(tǒng)和信息系統(tǒng)之間的虛實(shí)共融和實(shí)時(shí)交互，是作貫穿全生命周期的高頻次并不斷循環(huán)迭代的仿真過程。因此仿真技術(shù)不再僅僅用于降低測試成本，通過打造數(shù)字孿生，仿真技術(shù)的應(yīng)用將擴(kuò)展到各個(gè)運(yùn)營領(lǐng)域，甚至涵蓋產(chǎn)品的健康管理、遠(yuǎn)程診斷、智能維護(hù)、共享服務(wù)等應(yīng)用?；跀?shù)字孿生可對物理對象通過模型進(jìn)行分析、預(yù)測、診斷、訓(xùn)練等（即仿真），并將仿真結(jié)果反饋給物理對象，從而幫助對物理對象進(jìn)行優(yōu)化和決策。因此仿真技術(shù)是創(chuàng)建和運(yùn)行數(shù)字孿生體、保證數(shù)字孿生體與對應(yīng)物理實(shí)體實(shí)現(xiàn)有效閉環(huán)的核心技術(shù)。
