什么是数字孪生数字，英文名叫（数字双胞胎）

相信很多人都听说过数字孪生。 过去几年，这个词的热度持续走高，频频出现在各大高峰论坛的演讲话题中，受到行业内外的关注。

数字孪生到底是什么？ 谁提出的？ 它会给我们的生活带来哪些改变？

带着这些问题，我们来看看今天的文章——

什么是数字孪生

数字孪生，英文名称为Twin（数字孪生），也称为数字映射、数字镜像。

它的官方定义非常复杂，是这样说的：

数字孪生充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，整合多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，完成在虚拟空间的映射，反映完整的生命相应的物理设备。 循环过程。

你头晕？ 事实上，简单来说，数字孪生就是创建设备或系统的数字“克隆”。

这种“克隆”也称为“数字孪生”。 它是在信息平台上创建的，是虚拟的。

也许你会说，这不就是电脑上的设计图吗？ 不是可以有CAD吗？

其实并不是。 与设计图纸相比，数字孪生最大的特点是它是对物理对象（姑且称之为“本体”）的动态模拟。 换句话说，数字孪生可以“移动”。

此外，数字孪生不会随机“移动”。 其“运动”的基础来自于本体的物理设计模型、本体上的传感器反馈的数据以及本体运行的历史数据。

说白了，就是身体的实时状态和外部环境状况都会在“双胞胎”上重现。

如果需要对系统设计进行更改，或者想要了解系统在特殊外部条件下将如何反应，工程师可以对双胞胎进行“实验”。 这样既避免了对本体的影响，又提高了效率，节省了成本。

除了“动”之外，理解数字孪生还需要记住三个关键词，即“全生命周期”、“实时/准实时”和“双向”。

数字孪生是一个源自工业界的概念。 在工业制造领域，有一个术语叫“欧意交易所生命周期管理（PLM）”。 相信很多人都听说过。

全生命周期意味着数字孪生可以贯穿整个欧意交易所生命周期，包括设计、开发、制造、服务、维护甚至报废回收。 不仅限于帮助企业做出更好的产品，还包括帮助用户更好地使用产品。

实时/准实时是指本体与孪生体之间能够建立全面的实时或准实时连接。 两者并不完全独立，映射关系也具有一定的实时性。

双向意味着本体和孪生之间的数据流可以是双向的。 主体不仅可以向孪生体输出数据，而且孪生体也可以向主体反馈信息。 企业可以根据孪生反馈的信息，采取进一步的行动，对本体进行干预。

数字孪生的起源

当谈到“数字孪生”概念的发明人时，业界并没有明确的说法。

很多人认为，数字孪生是密歇根大学的一位教授在2002年提出的。

博士

然而，没有书面文件或信息来支持这一说法。

在2014年发表的一篇文章中，这位博士“追溯到”了2002年他在密歇根大学PLM中心的一次演讲，其中提到了数字孪生等相关概念。 他还“回顾”自己曾在2003年的一次高管培训中提出“物理产品的数字等价物或数字孪生的概念”。

然而，这些都没有确凿的文献或影像证据。

“数字孪生”概念真正有据可查的提出者是美国空军研究实验室（AFRL，Air Force）。

美国空军研究实验室标志

2011年3月，美国空军研究实验室结构力学部的A.和Eric J.做了题为“基于Plus（CBM+SI）&the Twin（基于状态的维护+结构完整性&”战斗机机身数字化）的演讲Twin”，首次明确提及数字孪生。

当时，AFRL 希望将战斗机维护工作数字化，数字孪生就是他们想出的创新方法。

当美国空军意识到数字孪生具有很强的现实意义时，另一家公司也对数字孪生产生了浓厚的兴趣，那就是通用电气公司（GE）。

通用电气公司 (GE)

美国通用电气公司在向美国国防部提供F-35联合攻击战斗机解决方案时发现了数字孪生的价值。

不知道大家还记得小枣君之前介绍工业4.0的文章吗？ 是的，美国通用电气公司是美国先进制造战略（美国版工业4.0）的主要推动者。

当时，美国通用汽车公司一直致力于研究工业数字化以及如何构建工业互联网系统。 显然，数字孪生对于工业4.0来说非常有用，可以说是如鱼得水。

后来，德国西门子（德国工业4.0的代表企业）也拥抱了数字孪生，视其为宝。

2015年前后，中国开始效仿。 当时，包括工业4.0研究院在内的国内多家研究机构和企业都启动了数字孪生相关的研究项目。

此后，数字孪生的概念在互联网和业界流行起来，直至今日。

数字孪生的价值

如果我们只是建立了数字孪生，为什么说它会影响第四次工业革命的发展呢？ 能为传统产业带来哪些好处？

我们通过一个案例来解释一下。

工业制造

数字孪生起源于工业制造领域。 工业制造也是数字孪生的主战场。

生产流程数字孪生模型（图片来自德勤大学出版社）

前面我们介绍数字孪生概念的时候，其实也提到了这个内容。

在产品开发过程中，数字孪生可以虚拟地构建产品的数字模型，并对其进行仿真测试和验证。 在生产制造过程中，可以模拟设备的运行情况，以及参数调整带来的变化。

数字孪生可以有效提高产品的可靠性和可用性，同时降低产品开发和制造风险。

在维护阶段，数字孪生也可以发挥重要作用。

如前所述，美国空军提出数字孪生来帮助更好地维护战斗机。

利用数字孪生技术，通过对运行数据的持续采集和智能分析，可以预测维护工作的最佳时间点，也可以为维护周期提供参考依据。 数字孪生还可以提供故障点和故障概率的参考。

数字孪生给工业制造带来了明显的效率提升和成本降低，使得几乎所有工业巨头都趋之若鹜。

以通用汽车为例。 他们声称已经为每台发动机、每台涡轮机和每台 NMR 创建了一个数字双胞胎（截至 2018 年，GE 拥有 120 万个数字双胞胎）。

图片来自GE官网

通过这些真实的数字模型，工程师可以在虚拟空间中进行调试和实验，以优化机器的运行。

国内多家工业科技公司也纷纷布局数字孪生技术，包括根互联、研华、软通动力等。

智慧城市

除了工业制造之外，数字孪生还与5G、智慧城市密切相关。

我们知道，5G将迎来“万物互联”时代，它将把人类的连接技术带到前所未有的高度。

未来，在5G的支持下，云与端之间可以建立更紧密的连接。 这意味着将收集并汇集更多数据。

这些数据可以帮助构建更强大的数字孪生。 例如，数字孪生城市。

如今，我们的城市布满了各种传感器和摄像头。 借助5G等物联网技术，可以更快地提取这些终端收集的数据。

在数字孪生城市中，将通过传感器、摄像头和数字子系统收集基础设施（水、电、燃气、交通等）的运行状态以及市政资源（警察、医疗、消防等）的部署情况。 包括5G在内的物联网技术被交付到云端。

城市管理者根据这些数据和城市模型构建数字孪生，以更有效地管理城市。

与工业制造的“产品生命周期”相比，城市的“生命周期”更长，数字孪生带来的回报更大。 当然，城市数字孪生的部署也更加困难。

事实上，印度的海得拉巴、新加坡，以及中国的深圳、雄安，都已经在这方面进行探索和尝试。 大量投资正在涌入“智慧城市+数字孪生”应用场景。

（虚拟新加坡）计划

腾讯、、阿里巴巴的“城市大脑”、科大讯飞的“科大讯飞超级大脑”都涉及到智慧城市与数字孪生的结合。

基建项目

基础设施项目也是数字孪生的重要应用领域。 尤其对于中国这个“基建狂人”来说，数字孪生的引入意义更为重大。

在建设高速公路、桥梁等基础设施之前，我们完成工程的数字化建模，然后在虚拟数字空间中对工程进行模拟仿真，评估工程的结构和承载力。 我们还可以导入流量数据来评估项目投入使用后是否能够满足需求。

项目交付后，还可以在维护阶段评估项目是否能够承受特殊情况的压力。 并监控可能发生的事故危险。

除了上述领域外，包括医疗、物流、环保等很多场景都适合使用数字孪生技术，应用场景非常广泛。

结论

总而言之，数字孪生是一项潜力巨大的前沿技术，将为企业带来巨大的价值回报。

正因为如此，不少投资机构纷纷借机炒作数字孪生概念，不少企业也迫不及待地拥抱数字孪生。

据全球知名咨询公司年初的调查显示，部署物联网的企业和组织中有13%已经应用了数字孪生，62%的组织正在准备使用数字孪生。

还将数字孪生列为2019年十大战略技术趋势之一。

但是，我们仍然应该理性对待数字孪生。

拥抱数字孪生不仅需要深厚的技术积累，还需要巨大的资本投入，以及达到相应水平的管理和员工技能。

现阶段国内大部分企业还不具备这个条件。 如果你盲目跟风、仓促行动，你的投资很可能会损失殆尽。

相对而言，潜心研究、客观评估、谨慎投入才是打开数字孪生世界的正确途径。

好的，今天就这样。 感谢大家的耐心阅读。 下一期再见！

参考：

1.《工业4.0与数字孪生》，德勤

2.“数字孪生是谁提出的？” 》、工业4.0研究院

3、《数字孪生：打造城市和你的虚拟副本》，陈龙

4.“数字孪生：创造重要产品并重塑客户体验”，埃森哲