什么是数字孪生？有哪些关键能力？

1992年，著名的计算机和人工智能思想家，耶鲁大学David Gelernter教授出版Mirror Worlds一书，虽然没有明确提出数字孪生这一名词，但他描述了一个软件定义的虚拟现实世界，和数字孪生概念的内涵基本一致。David Gelernter教授在书中写道：

什么是镜像世界（mirror worlds）们是从计算机屏幕中看到的代表真实世界的软件模型，海量的信息通过巨大的软件通道源源不断地涌入模型，如此多的信息使得模型可以模拟现实世界每时每刻的运动。

2002年12月3日，密歇根大学Michael Grieves教授在PLM中心启动会上，首次明确提出数字孪生这一概念，他称之为“PLM的一个理想化概念”（图1-17）。

▲图1-18 西门子工业软件——数字孪生的倡导者和实践者

数字孪生技术是将带有三维数字模型的信息拓展到整个生命周期中的数字镜像技术，最终实现虚拟与物理世界同步和一致。它不是让虚拟世界做现在我们已经做到的事情，而是发现潜在问题、激发创新思维、不断追求优化进步—这才是数字孪生的目标所在。

数字孪生技术帮助企业在实际投入生产之前即能在虚拟环境中优化、仿真和测试，在生产过程中也可同步优化整个企业流程，最终实现高效的柔性生产，快速创新及上市，锻造企业持久竞争力。

数字孪生技术是制造企业迈向工业4.0战略目标的关键技术，通过掌握产品信息及其生命周期过程的数字思路将所有阶段（产品创意、设计、制造规划、生产和使用）衔接起来，并连接到可以理解这些信息并对其做出反应的生产智能设备。

数字孪生将各专业技术集成为一个数据模型，并将PLM（产品生命周期管理）、MOM（生产运营系统）和TIA（全集成自动化）集成在统一的数据平台下，也可以根据需要将供应商纳入平台，实现价值链数据的整合，业务领域包括“产品数字孪生”“生产数字孪生”和“运营数字孪生”。

在产品的设计阶段，利用数字孪生可以提高设计的准确性，并验证产品在真实环境中的性能。这个阶段的数字孪生的关键能力包含：

• 数字模型设计。使用CAD工具开发出满足技术规格的产品虚拟原型，精确记录产品的各种物理参数，以可视化的方式展示出来，并通过一系列验证手段来检验设计的精准程度。

• 模拟和仿真。通过一系列可重复、可变参数、可加速的仿真实验，来验证产品在不同外部环境下的性能和表现，在设计阶段就可验证产品的适应性。

• 产品数字孪生。在需求驱动下，建立基于模型的系统工程产品研发模式，实现产品开发全过程闭环管理，从细化领域将包含如下几个方面，如图1-19所示。

延伸阅读《复杂装备系统数字孪生》

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推荐语：本书理论高度和实战经验相结合，阐述新一代主流MBSE方法论，涵盖复杂系统全寿期管理、MBSE（基于模型的系统工程）、多学科建模仿真优化、协同快速迭代平台，构建赋能可持续的正向研发体系的核心，形成基于“数字孪生”系统为核心的新工业生态体系。

来源：大数据v