新时代背景下数字孪生技术发展的详情分析

 目前，数字孪生技术不只运用在制造业，它早已彻底进入了物联网，人工智能和大数据分析的融合世界。伴随着更繁杂的“事物”与生成数据的能力联系在一起，拥有数字等同物使数据科学家和其他IT行业人员，能够以最高的效率优化布署虚拟场景。

1、到底什么是数字孪生？

 数字孪生是充分运用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的模拟仿真全过程，在虚拟空间中实现映射，进而反映相对应的实体设备的生命周期全过程。

 数字孪生技术早已拓展到包括建筑物，工厂甚至于城市等大型项目，有人认为流程能够拥有数字孪生，进而更进一步拓展了这个概念。这个想法最先出现在NASA：早期太空舱的详细模型在地面上用于镜像和诊断轨道中的问题，最终被全数字模拟所代替。

 但在Gartner将“数字孪生”列入2017年十大战略性技术趋势之一后，这个词才真正流行起来。Gartner表示，数字孪生是物理事物或系统的动态性软件模型，它依赖于传感器数据。

 三到五年内，数以亿计的物件将由数字孪生展现。一年后，Gartner再次将数字孪生列入主要趋势，并预计，到今年，将要有210亿个连接的传感器和终端，数字孪生将在不久的将来存在于数十亿个事物中。”

 其本质上，数字孪生是一种计算机程序，它将有关于物理对象或系统的真实数据做为输入，并将生成的数据做为输出，预测或模拟物理对象或系统将怎样受到这些输入的影响。

2、数字孪生怎样工作？

 数字孪生的产生是由专家（通常是数据科学或应用数学专家）构建的。这些开发人员探究了被模拟的物理对象或系统基础的物理学，并使用该数据开发了数学模型，以模拟数字空间中的真实世界。

 数字孪生的结构使其能够接收来自于传感器的输入，这些传感器从真实世界的数据。这使数字孪生能够实时地模拟仿真物理对象，在这个过程中能够洞悉性能和潜在的问题。数字孪生也能够根据其物理对应物的原型进行设计，在这种情况下，数字孪生能够在产品精制时提供反馈。在构建任何物理版本之前，数字孪生甚至能够自己做为原型。

3、数字孪生范例

 这里有两个数字孪生的实例——汽车和货船——让您了解潜在性的应用。飞机引擎、火车、轮船和涡轮机等物体，能够在实际生产之前展开数字化设计和测试。这些数字孪生也可用以协助维护操作。比如说，技术人员能够在应用物理孪生之前，运用数字孪生胎对某件设施设备的建议修复展开测试。

 数字孪生业务应用程序存在于多个领域：

 1）制造业是数字孪生布署最广泛的领域，加工厂已经在运用数字孪生来模拟其流程，正如德勤的案例研究

 2）汽车数字孪生之所以变成可能，是由于汽车已经装配有遥测传感器，但是伴随着越来越多的无人驾驶汽车上路，健全完善技术将变得更为重要。

 3）保健医疗是产生上述数字孪生的领域。创可贴大小的传感器将健康信息传输回数字孪生，用以监测和预测患者的健康状况。

4、数字孪生和物联网

 很显然，物联网传感器的爆发式增长使数字孪生变成可能。伴随着物联网设备的健全完善，数字孪生方案能够包含较小和较不复杂的对象，这给企业带来了额外的好处。

 数字孪生可用以根据可变数据预测不同的结果。这类似于科幻片中经常会出现的运转模拟场景，其中在数字环境中证实了可能的场景。借助于额外的软件和大数据分析，数字孪生通常能够优化IoT布署以实现最高的效率，并协助设计人员在实际布署之前明确应当去的地方或操作方法。

 数字孪生能够复制物理对象的次数越多，发现效率和其它好处的可能性就越大。比如说，在制造过程中，仪器越高的设备越多，数字孪生可能会更精确地模拟设施设备随时间的运转情况，进而有利于预测未来的性能和可能的故障。

5、数字孪生供应商

 创建数字孪生十分复杂，现阶段还没有标准化的平台。从事该领域工作的IanSkerrett，其背后有着悠久的开放源代码历史，他提出了一个数字孪生平台的构架，这只不过是第一步，因为这个领域还处在萌芽阶段。

 与很多新兴技术相比，商业数字孪生产品实际上来自于该领域的一些大型公司。比如说，通用电气（GE）在内部研发了数字孪生技术，做为喷气发动机制造过程的一部分，现在向客户提供专业知识。

 另一家大规模与制造的工业巨头西门子（Siemens）也是这般。为了能不被这些工厂供应商超越，IBM正在营销“数字孪生”，做为其物联网计划的一部分，微软也在Azure的保护伞下发布了自己的数字孪生平台。

6、数字孪生与预测孪生

 “数字孪生”能够包含设备说明，3D渲染以及设施设备中所有传感器的详细信息。它不断地生成模拟现实生活选择的传感器读数。”

 Puri写道，可预测孪生“为设施设备的未来状况和行为建模”。“这是基于来自其它设施设备的历史数据，这些数据能够模拟故障和其它需要注意的状况。”

 做为其数字孪生计划的一部分，Microsoft正在运用该概念并将其应用于除物理产品之外的流程中。在白皮书中，Microsoft提出了数字处理孪生的想法：

 微软表示：“流程清单是数字化转型的下个阶段，使整个工厂和供应链中的产品数字孪生获益更多。”相关的白皮书重点强调了一些先进的制造场景。

7、数字孪生的好处

 数字孪生能够实时查看物理资产的状况，进而从源头上减轻维护压力。雪佛龙公司正在为其油田和炼油厂发布数字孪生技术，预计将节约数百万美元的维护费用。西门子表示，使用数字孪生对尚未制造的物体进行建模和原型设计，能够减少产品缺陷并缩短产品上市时间。

 但请记住，Gartner警告称，“数字孪生并非刚需，可能会增加复杂性。”对于特定的商业问题来说 ，数字孪生可能存在成本、安全性、隐私和集成等方面的问题。”