01、什么是數字孿生
數字孿生是一個最近兩年才被重復提起的新名詞，很多人還比較陌生。
根據國際定義，數字孿生是充分利用物理模型、傳感器更新、運行歷史等數據，集成多學科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過程，在虛擬空間中完成映射，從而反映相對應的實體裝備的全生命周期過程。
從概念上來看，有幾個核心點：
一是物理世界與數字世界之間的映射；
二是動態(tài)的映射；
三是不僅僅是物理的映射，還是邏輯、行為、流程的映射；比如生產流程、業(yè)務流程等。
四是不單純是物理世界向數字世界的映射，而是雙向的關系，也就是說，數字世界通過計算、處理，也能下達指令、進行計算和控制。
五是全生命周期，數字孿生體與實體的孿生體是與生共有、同生同長，任何一個實體孿生體發(fā)生的事件都應該上傳到數字孿生體作為計算和記錄，實體孿生體在這個運行過程中的勞損，比如故障，都能夠在數字孿生體的數據里有所反映。
02、數字孿生的組成
根據德勤的觀點，數字孿生由六大部分組成：
一是傳感器：生產流程中的傳感器負責搜集數據、傳遞信號；
二是數據：傳感器提供的實際運營和環(huán)境數據和企業(yè)的生產經營數據（如物料清單、設計圖紙等）合并形成數字孿生的數據來源；
三是集成：傳感器通過集成技術（包括邊緣計算、通信接口等）實現物理世界和數字世界之間的數據傳輸；
四是分析：利用分析技術開展算法模擬和可視化程序，進行數據分析；
五是模型：基于上述數據與信息，建立物理實體和流程的數字化模型，通過模型計算物理和生產流程是否出現錯誤偏差，從而得出解決錯誤偏差的方式和行動；
六是控制器：基于模型計算的結果，通過控制器開展行動，調整和糾正錯誤。
03、數字孿生的歷史與案例
數字孿生最早由密西根大學教授Grieves于2002年提出。
后來NASA將數字孿生的理念應用在阿波羅計劃中，開發(fā)了兩種相同的太空飛行器，以反映地球上太空的狀況，進行訓練和飛行準備。
數字孿生被Gartner評為未來最為重要的十大關鍵技術之一，Gartner認為，到2021年，一半的大型工業(yè)公司將使用數字孿生，從而使這些組織的效率提升10%。
微軟推出了Azure Digital Twin服務，能夠創(chuàng)建任何物理環(huán)境的數字模型，包括連接它們的人員、地點、事物、關系和流程，并與物理世界保持同步。通過Azure Digital Twins，用戶可以在空間的語境中查詢數據，該服務將成為Azure IoT平臺的一部分。
阿里巴巴城市大腦則提出了“數字孿生交通”、“數字孿生城市”、“數字孿生生態(tài)”三個階段的數字孿生藍圖。
GE公司已經擁有了120萬個數字孿生體，可以處理30萬種不同類型的設備資產。
04、數字孿生的價值
工業(yè)界有一種“工業(yè)領域1%的革命”的說法，即全球工業(yè)的生產效率提升1%，成本將減少300億。
數字孿生能在工業(yè)、交通、城市、環(huán)保等各個領域帶來顯著的效率提升，未來將帶來成本的極大下降。具體來說，分為如下幾個部分：
首先，數字孿生將使生產更便捷，創(chuàng)新速度更快，生產周期更短。
如前所述，數字孿生通過設計工具、仿真工具、物聯網等各種手段，將物理設備的各種屬性映射到虛擬空間中，形成了一個可拆解、可復制、可修改、可刪除的數字鏡像，這就提升了操作人員對物理實體的了解，比如說在現實中你很難對一個燃燒鍋爐復雜的內部情況進行了解，但數字孿生就可以使你對其內部結構、實時情況進行了解，這樣解決了很多由于物理條件限制而無法完成的操作。
其次，數字孿生將極強的提升測量、分析和預測能力。
通過對物體傳感數據的實時了解，借助經驗模型的預測和分析，可以通過機器學習計算和總結出一些原本無法測量的指標，從而極大的提升對機械設備、流程的理解力以及控制和預測力。
并且，數字孿生幫助將經驗完成數字化。
在傳統(tǒng)的工業(yè)設計、制造和服務領域，經驗往往是一種模糊而很難把握的形態(tài)，很難將其作為精準判決的依據。而數字孿生的一大關鍵進步是可以通過數字化的手段，將原先無法保存的專家經驗進行數字化，并提供了保存、復制、修改和轉移的能力。
總結來說，數字孿生是基于豐富的歷史和實時數據和先進的算法模型，實現對對象狀態(tài)和行為高保真度的數字化表征、模擬試驗和預測。通過對物理和邏輯空間的對象實現深入的認知、正確的推理、精準的操作，使得設計、操作、控制、管理的效率提升。
05、數字孿生為什么現在產生，現在處于什么狀態(tài)
數字孿生的出現在于感知、網絡、大數據、人工智能、控制、建模等技術在最近十年的集中爆發(fā)。尤其是傳感器和低功耗廣域網技術的發(fā)展，將物理世界的動態(tài)，通過傳感器精準、實時地反饋到數字世界。數字化、網絡化實現由實入虛，網絡化智能化實現由虛入實，通過虛實互動，持續(xù)迭代，實現物理世界的最佳有序運行。
目前，盡管數字孿生在全球范圍內還處于初期階段，僅有一些大型公司在部分領域和環(huán)節(jié)嘗試使用數字孿生技術進行部分設備和流程的改造，如前述的GE、阿里巴巴、微軟等。
06、數字孿生與CAD/PLM/工業(yè)互聯網之間的區(qū)別
（1）與CAD的區(qū)別
CAD模型是數學模型，可以是二維的也可以是三維的；數字孿生必然是三維模型。
數字孿生和CAD很重要的一層關系就是數據關聯，可以實現裝配關系數據、制造信息數據、功能性能數據、健康檢測數據、身份識別數據、實時檢測數據進行關聯，實現三維和數據的融合；
CAD模型往往是靜態(tài)的、不可自動化的，其作用僅限于設計階段；而數字孿生，是貫穿全生命周期，從設計到生產到倉儲物流等，且數據反饋和控制是互動的。
數字孿生是基于高保真的三維CAD模型，它被賦予了各種屬性和功能定義，包括材料、感知系統(tǒng)、機器運動機理等。它一般儲存在圖形數據庫，而不是關系型數據庫。
（2）與PLM的區(qū)別
數字孿生與PLM具有緊密關系。數字孿生可以用PLM來管理產品或設備的生命周期，也從PLM軟件中輸出文件。
然而PLM以前雖然叫做產品全生命周期的管理，但從一個產品的設計、制造、到服務的全過程而言，PLM顯然是沒有完成任務。它的作用，到了制造的后期，往往戛然而止了。大量在制造中發(fā)生的工程狀態(tài)更改，往往無法返回給研發(fā)設計師。
數字孿生的出現，由于對物理產品的全程（包括損耗和報廢）進行數字化呈現，這使得產品的“全生命周期”透明化、自動化管理概念，成為貨真價實的實際方法。
（3）與工業(yè)互聯網的區(qū)別
工業(yè)互聯網是數字孿生的孵化床。物理實體的各種數據收集、交換，都要借助于工業(yè)互聯網來實現。它將機器、物理基礎設施都連接到數字孿生上，將數據的傳遞、存儲分別放到邊緣或者云端?？梢哉f，工業(yè)互聯網激活了數字孿生的生命，它天生具有的雙向通路的特征，使得數字孿生真正成為一個有生命力的模型。
數字孿生的核心是，合適的時間、合適的場景，做基于數據的、實時正確的決定。這意味著可以更好地服務客戶。數字孿生是工業(yè)互聯網的重要場景，也是工業(yè)App的完美搭檔。
