數(shù)字孿生（Digital Twin)

“數(shù)字孿生”與虛擬仿真技術(shù)曾被稱作智能制造業(yè)的下一波浪潮，工業(yè)4.0也要求，若要虛和實(shí)的互動(dòng)以及相互增強(qiáng)，數(shù)字化模型必須先出現(xiàn)。

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什么是數(shù)字孿生？

Digital Twin數(shù)字孿生：是充分利用物理模型、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、多概率的仿真過(guò)程，在虛擬空間中完成映射，從而反映相對(duì)應(yīng)的實(shí)體裝備的全生命周期過(guò)程。

——美國(guó)國(guó)防采辦大學(xué)DAU的術(shù)語(yǔ)

“數(shù)字孿生”（Digital Twin）是指以數(shù)字化方式拷貝一個(gè)物理對(duì)象，模擬對(duì)象在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的行為，對(duì)產(chǎn)品、制造過(guò)程乃至整個(gè)工廠進(jìn)行虛擬仿真，從而提高制造企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)、制造的生產(chǎn)效率。數(shù)字孿生在業(yè)界和學(xué)術(shù)界有多種不同的定義。但從根本上講，數(shù)字孿生是以數(shù)字化的形式對(duì)某一物理實(shí)體過(guò)去和目前的行為或流程進(jìn)行動(dòng)態(tài)呈現(xiàn)，有助于提升企業(yè)績(jī)效。其真正功能在于能夠在物理世界和數(shù)字世界之間全面建立準(zhǔn)實(shí)時(shí)聯(lián)系，這也是該技術(shù)的價(jià)值所在?；诋a(chǎn)品或流程現(xiàn)實(shí)情況與虛擬情況之間的交互，數(shù)字孿生能夠創(chuàng)造更加豐富的模型，從而對(duì)不可預(yù)測(cè)的情況進(jìn)行更加真實(shí)和全面的檢測(cè)。

制造領(lǐng)域的數(shù)字孿生模型圖解

數(shù)字孿生概念的發(fā)展歷史

密歇根大學(xué)教授Dr. Michael Grieves在發(fā)表的一篇文章中第一次提出了數(shù)字孿生概念，他認(rèn)為通過(guò)物理設(shè)備的數(shù)據(jù)，可以在虛擬（信息）空間構(gòu)建一個(gè)可以表征該物理設(shè)備的虛擬實(shí)體和子系統(tǒng)，并且這種聯(lián)系不是單向和靜態(tài)的，而是在整個(gè)產(chǎn)品的生命周期中都聯(lián)系在一起。

在未來(lái)，物理世界中的各種事物都將可以使用數(shù)字孿生技術(shù)進(jìn)行復(fù)制。在工業(yè)領(lǐng)域，通過(guò)數(shù)字孿生技術(shù)的使用，將大幅推動(dòng)產(chǎn)品在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、維護(hù)及維修等環(huán)節(jié)的變革。

首先，數(shù)字孿生作為一個(gè)概念跟工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)沒(méi)有直接的關(guān)聯(lián)關(guān)系，是相對(duì)獨(dú)立的。

　　我們要在把現(xiàn)實(shí)設(shè)備在虛擬空間里描述出來(lái)，就是利用所謂的數(shù)字孿生的方式實(shí)現(xiàn)。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，首先是要把設(shè)備連上去，然后要把設(shè)備以數(shù)字的方式來(lái)描述出來(lái)，描述出這些設(shè)備的狀態(tài)，描述出這些設(shè)備在不同場(chǎng)景上的變化等，配對(duì)出專業(yè)設(shè)備的虛擬映射，以更好的了解和掌握實(shí)體。

所以，數(shù)字孿生在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中是一個(gè)很自然的概念，這兩個(gè)概念是相輔相成的。同時(shí)，數(shù)字孿生的描述具有多樣性，不同的場(chǎng)景下有著不同的顆粒度。

數(shù)字孿生與數(shù)字生產(chǎn)線

數(shù)字孿生的意義

自概念提出以來(lái)，數(shù)字孿生技術(shù)在不斷的快速演化，無(wú)論是對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造還是服務(wù)，都產(chǎn)生了巨大的推動(dòng)作用。

1、更便捷，更適合創(chuàng)新

數(shù)字孿生通過(guò)設(shè)計(jì)工具、仿真工具、物聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實(shí)等各種數(shù)字化的手段，將物理設(shè)備的各種屬性映射到虛擬空間中，形成可拆解、可復(fù)制、可轉(zhuǎn)移、可修改、可刪除、可重復(fù)操作的數(shù)字鏡像，這極大的加速了操作人員對(duì)物理實(shí)體的了解，可以讓很多原來(lái)由于物理?xiàng)l件限制、必須依賴于真實(shí)的物理實(shí)體而無(wú)法完成的操作，如模擬仿真、批量復(fù)制、虛擬裝配等，成為觸手可及的工具，更能激發(fā)人們?nèi)ヌ剿餍碌耐緩絹?lái)優(yōu)化設(shè)計(jì)、制造和服務(wù)。

2、更全面地測(cè)量

數(shù)字孿生技術(shù)可以借助于物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)，通過(guò)采集有限的物理傳感器指標(biāo)的直接數(shù)據(jù)，并借助大樣本庫(kù)，通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)推測(cè)出一些原本無(wú)法直接測(cè)量的指標(biāo)。

3、更全面的分析和預(yù)測(cè)能力

數(shù)字孿生可以結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集、大數(shù)據(jù)的處理和人工智能的建模分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)當(dāng)前狀態(tài)的評(píng)估、對(duì)過(guò)去發(fā)生問(wèn)題的診斷，以及對(duì)未來(lái)趨勢(shì)的預(yù)測(cè)，并給予分析的結(jié)果，模擬各種可能性，提供更全面的決策支持。

4、經(jīng)驗(yàn)的數(shù)字化

數(shù)字孿生通過(guò)數(shù)字化的手段，將原先無(wú)法保存的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行數(shù)字化，并提供了保存、復(fù)制、修改和轉(zhuǎn)移的能力。

例如，針對(duì)設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的各種故障特征，可以將傳感器的歷史數(shù)據(jù)通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)訓(xùn)練出針對(duì)不同故障現(xiàn)象的數(shù)字化特征模型，并結(jié)合專家處理的記錄，將其形成未來(lái)對(duì)設(shè)備故障狀態(tài)進(jìn)行精準(zhǔn)判決的依據(jù)，并可針對(duì)不同的新形態(tài)的故障進(jìn)行特征庫(kù)的豐富和更新，最終形成自治化的智能診斷和判決。