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數字孿生是一個新名詞，在過去兩年中被人們反復提及，但很多人對它還不熟悉。

　　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，綜合多學科、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，以反映相應物理設備的全生命周期過程。

　　從概念上講，有幾個核心點：

　　一是物理世界與數字世界的映射；

　　二是動態映射；

　　三是不僅是物理映射，更是邏輯、行為和過程的映射，如生產過程和業務過程。

　　第四，它不僅是從物理世界到數字世界的映射，而且是一種雙向關系。也就是說，數字世界也可以通過計算和處理給出指令、計算和控制。

　　第五，整個生命周期、數字孿生體和實體孿生體是相同的，任何實體孿生體的事件都應上傳到數字孿生體中作為計算和記錄。物理孿生體在這一操作過程中的損耗，如故障等，都可以反映在數字孿生體的數據中。

　　數字孿生的構成

　　據德勤稱，數字孿生由六部分組成：

　　首先是傳感器：生產過程中的傳感器負責數據的采集和信號的傳輸；

　　二是數據：將傳感器提供的實際運行和環境數據與企業的生產運行數據（如材料清單、設計圖紙等）結合起來，形成數字雙數據源；

　　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；

　　第四分析：利用分析技術進行算法仿真和可視化程序設計、數據分析；

　　第五模型：基于上述數據和信息，建立物理實體和過程的數字模型，通過模型計算物理和生產過程中是否存在誤差，從而得出解決誤差的方法和行動；

　　第六控制器：根據模型計算結果，通過控制器進行動作調整和誤差修正。

　　數字孿生的歷史與案例

　　2002年，密歇根大學教授Grieves首次提出了數字孿生。

　　后來，美國航天局將數字孿生的概念應用到阿波羅計劃中，并開發了兩個相同的太空飛行器，以反映地球上的空間狀況，訓練和準備飛行。

　　數字孿生被Gartner評為未來十大最重要的關鍵技術之一。Gartner認為，到2021年，一半的大型工業企業將使用數字孿生技術，這將使這些組織的效率提高10%。

　　阿里巴巴的城市大腦提出了“數字孿生交通”、“數字孿生城市”和“數字孿生生態”三個數字孿生藍圖。

　　GE已經擁有120萬個數字孿生體，可以處理30萬種不同類型的設備資產。

　　數字孿生的價值

　　工業界有一種“工業領域1%的革命”的說法，即全球工業生產效率提高1%，成本降低300億。

　　數字孿生可以在工業、交通、城市、環保等領域帶來顯著的效率提升，并將在未來帶來巨大的成本降低。具體分為以下幾個部分：

　　首先，數字孿生將使生產更加方便，創新更快，生產周期更短。

　　如前所述，數字孿生通過設計工具、仿真工具、物聯網等手段，將物理設備的各種屬性映射到虛擬空間中，形成一個可拆卸、可復制、可修改、可刪除的數字圖像，提高了操作者對物理實體的理解。例如，在現實中，很難理解燃燒鍋爐復雜的內部情況，但數字孿生可以使您了解其內部結構和實時情況，這就解決了許多由于物理條件而無法完成的操作。

　　其次，數字孿生將大大提高測量、分析和預測的能力。

　　通過對目標感知數據的實時了解，借助于對經驗模型的預測和分析，通過機器學習可以計算和總結出一些不可測量的指標，從而大大提高對機械設備和過程的理解、控制和預測。

　　數字孿生幫助數字化體驗。

　　在傳統的工業設計、制造和服務領域，經驗往往是一種模糊而難以把握的形式，難以作為準確判斷的依據。數字孿生的一個重要進展是它可以將以前無法保存的專家經驗數字化，并提供保存、復制、修改和傳輸的能力。

　　綜上所述，數字孿生是基于豐富的歷史和實時數據以及先進的算法模型，實現對象狀態和行為的數字表示、仿真測試和高保真度預測。通過對物理空間和邏輯空間中的對象實現深刻的認識、正確的推理和精確的操作，可以提高設計、運行、控制和管理的效率。

　　為什么現在會有數字孿生呢？它現在處于什么狀態

　　數字孿生的出現，是近十年來感知、網絡、大數據、人工智能、控制、建模等技術的集中爆發。特別是隨著傳感器和低功耗廣域網技術的發展，物理世界的動態可以通過傳感器準確、實時地反饋到數字世界。數字化、網絡化由實到虛，網絡智能由虛到實。通過虛擬現實的交互和不斷的迭代，實現了物理世界的最佳有序運行。

　　目前，雖然數字孿生技術在世界上還處于初級階段，但只有一些大公司嘗試在一些領域和環節運用數字孿生技術來改造一些設備和工藝，如通用電氣、阿里巴巴、微軟等。

　　數字孿生與CAD/PLM/工業互聯網之間的區別

　　（1）數字孿生與CAD的區別

　　CAD模型是一個數學模型，它可以是二維或三維的；數字孿生體必須是三維的。

　　數字孿生機與CAD的一個非常重要的關系是數據關聯，它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、實時檢測數據的關聯，實現三維與數據的集成；

　　CAD模型通常是靜態的而非自動的，其作用僅限于設計階段；而數字孿生機則貫穿于從設計到生產再到倉儲物流的整個生命周期，數據反饋和控制是交互的。

　　數字孿生是一種基于高保真度的三維CAD模型。它被賦予各種屬性和功能定義，包括材料、感知系統、機器運動機制等，通常存儲在圖形數據庫中，而不是關系數據庫中。

　　（2）數字孿生與PLM的區別

　　數字孿生與PLM關系密切。數字孿生可以使用PLM管理產品或設備的生命周期，還可以從PLM軟件輸出文件。

　　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。大量在制造中發生的工程狀態更改，往往無法返回給研發設計師。

　　隨著數字孿生的出現，實物產品（包括損耗和報廢）的全過程數字化呈現，使得“全生命周期”的概念透明化，產品的自動化管理成為一種現實而實用的方法。

　　（3）數字孿生與工業互聯網的區別

　　工業互聯網是數字孿生的孵化器。通過工業互聯網實現各種物理實體的數據采集和交換。它將機器和物理基礎設施連接到數字孿生上，并將數據傳輸和存儲分別放置在邊緣或云上。可以說，工業互聯網激活了數字孿生的生命，它具有雙向存取的特點，使數字孿生成為一個具有生命力的真實模型。

　　數字孿生系統的核心是在正確的時間和場景下，根據實時數據做出正確的決策，這意味著更好的客戶服務。數字孿生是工業互聯網的重要場景，也是工業應用的完美合作伙伴。