简单来说，数字孪生是物理产品，过程或系统的虚拟表示，用于理解和预测物理对象的性能特征。数字孪生有很多分类方法。根据复合数字孪生内部数字孪生之间的关系，可以分为如下3种，如图2所示。复合数字孪生内部数字孪生的关系数字孪生的基础架构图5数字孪生的详细架构数字孪生具有以下几个典型特点：因此数字孪生具有闭环性。数字孪生有如下优点：数字孪生的核心推动技术有：
数字孪生(digital twin)，也被称为数字映射、数字镜像、数字双胞胎，是充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。
简单来说，数字孪生是物理产品，过程或系统的虚拟表示，用于理解和预测物理对象的性能特征。数字孪生是一种超越现实的概念，可以被视为一个或多个重要的、彼此依赖的装备系统的数字映射系统。
数字孪生的概念，最早由密歇根大学教授Dr.Michael Grieves在2002年首次提出。在智能制造领域最先使用数字孪生概念的是美国的航空航天局（NASA）在阿波罗项目中使用空间飞行器的数字孪生对飞行中的空间飞行器进行仿真分析，监测和预测空间飞行器的飞行状态，辅助地面控制人员作出正确的决策。2010年， “Digital Twin” 一词在 NASA的技术报告中被正式提出，并被定义为“集成了多物理量、多尺度、多概率的系统或飞行器仿真过程”。
为了动态地表示现实世界中的对象，数字孪生实时连接到相应的现实世界中的物理对象，以收集和整理来自现实世界对象的数据。数字孪生使用智能的计算和分析模型分析这些数据数字孪生是啥，以描述，诊断，预测和模拟现实世界对象和系统的状态和行为。从分析中获得的见解可以与业务逻辑和目标相结合，以优化设计，生产和运营流程。为此，数字孪生的设计必须包括用于智能工业应用程序的服务接口，以访问数据和分析结果。如图1所示，数字孪生包括数据，计算模型和服务接口三大模块。
图1 数字孪生的组成
数字孪生有很多分类方法。可以分为模型驱动的数字孪生（Model-driven Digital Twin）和数据驱动的数字孪生（Data-driven Digital Twin），也可以分为离散数字孪生（discrete digital twin） 和复合数字孪生(composite digital twin)。离散数字孪生是无需进一步细分的单个数字孪生，复合数字孪生是离散数字孪生的组合，代表了包含多个单独组件或零件的实体。根据复合数字孪生内部数字孪生之间的关系，可以分为如下3种，如图2所示。
图2 复合数字孪生内部数字孪生的关系
另外一个经常和数字孪生（Digital Twin） 相提并论的概念是数字纽带（Digital Thread）。Digital Thread是与Digital Twin既相互关联，又有所区别的一个概念。Digital Thread集成了生命周期全过程的模型，贯穿了整个产品生命周期，尤其是从产品设计、生产、运维的无缝集成；而Digital Twin更像是智能产品的概念，它强调的是从产品运维到产品设计的回馈。
图3是GE的Digital Thread示例图。
图3 GE Digital Thread示例图
数字孪生不是可以购买的简单产品，而是大量系统集成的结果，它可能非常复杂。图4是数字孪生的基础架构图[2] ，简化表示了如何安全地使用和分析来自现实世界的信息。数据支撑着数字孪生； 真实世界的表示（模型数据）是对真实世界建模的关键。传感器数据提供了现实世界的当前状态，建模输出通过仿真生成。合适的人可以在合适的时间使用合适的工具将数据可视化，以提供准确及时的信息，推动有效的决策。数字孪生的可视化方式也是多种多样，有增强现实（AR），智能设备终端，或传统的PC端。
图4 数字孪生的基础架构
图5是IBM的数字孪生的详细架构图[2]，其中纵向有7个层面（layer）的模型和信息管理，横向还有三列模块（integration，governance，Security）确保数据质量和准确性。可以看出，数字孪生不是独立的应用程序，它应该被集成到组织的现有企业应用程序套件中以支持预期的业务成果。组织中可能已经存在数字孪生中使用的某些元素，可以扩展或重新使用它们以支持数字孪生模型。
图5数字孪生的详细架构
数字孪生具有以下几个典型特点：
1、互操作性：数字孪生中的物理对象和数字空间能够双向映射、动态交互和实时连接，因此数字孪生具备以多样的数字模型映射物理实体的能力，具有能够在不同数字模型之间转换、合并和建立“表达” 的等同性 。
2、可扩展性：数字孪生技术具备集成、添加和替换数字模型的能力，能够针对多尺度、多物理、多层级的模型内容进行扩展。
3、实时性：数字孪生技术要求数字化，即以一种计算机可识别和处理的方式管理数据以对随时间轴变化的物理实体进行表征。表征的对象包括外观、状态、属性、内在机理，形成物理实体实时状态的数字虚体映射。
4、保真性：数字孪生的保真性指描述数字虚体模型和物理实体的接近性。要求虚体和实体不仅要保持几何结构的高度仿真，在状态、相态和时态上也要仿真。
5、闭环性：数字孪生中的数字虚体，用于描述物理实体的可视化模型和内在机理，以便于对物理实体的状态数据进行监视、分析推理、优化工艺参数和运行参数数字孪生是啥，实现决策功能，即赋予数字虚体和物理实体一个大脑。因此数字孪生具有闭环性。
数字孪生有如下优点：
数字孪生的推动技术（Enabling technologies）
尽管数字孪生概念已经存在了十多年，但是近年来得益于物联网、大数据、云计算、人工智能等新一代信息技术的发展，数字孪生才引起了广泛的关注，在各行各业得到了广泛的应用。
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