什么是数字孪生？终于有人讲明白了

题图 | 视觉中国

导读：数字孪生（Digital Twin）已经走过了几十年的发展历程，只不过以前没有这样命名，而是发展到了一定阶段，人们意识到应该给这种综合化的技术起一个更确切的名字。

▲图5-1 飞豹全数字样机与服役飞机

发展到现在，人们发现在数字世界里做了这么多年的数字设计、仿真、工艺、生产等结果，越来越虚实对应，越来越虚实融合，越来越广泛应用，数字虚体越来越赋能于物理实体系统。

近些年，当人们提出了希望物理空间中的实体事物与数字空间中的虚拟事物之间具有可以联接数据通道、相互传输数据和指令的交互关系之后，数字孪生概念基本成形，并且作为智能制造中一种基于IT视角的新型应用技术，逐渐走进人们的视野。

事实上，现有的工业软件研发与生产数据以及沉积在工业领域内的大量的工业技术和知识，都是实现数字孪生的上好“原料”和基础构件，数字孪生在工业现实场景中已经具有了实现和推广应用的巨大潜力。

▲图5-2 数字孪生示意图（来自优也公司）

• 北京航空航天大学张霖教授认为，“数字孪生是物理对象的数字模型，该模型可以通过接收来自物理对象的数据而实时演化，从而与物理对象在全生命周期保持一致。”

数字孪生不但持续发生在物理孪生体全生命周期中，而且数字孪生体会超越物理孪生体生命周期，在数字空间持久存续。充分利用数字孪生可在智能制造中孕育出大量新技术和新模式。

虚体测试，实体创新

数字虚体与物理实体之间的孪生关系，其实早就有之，只不过此前没有使用严格定义的术语来表达。

平时大家所说的“比特（bit）与原子（atom）”“赛博与物理”“虚拟与现实”“数字样机与物理样机”“数字孪生体与物理孪生体”“数字端（C）与物理端（P）”“数字世界与物理世界”“数字空间与物理空间”等不同的虚实对应词汇，实际上都是在以不同的专业术语，或近似或准确地描述两种“体”之间的虚实映射关系。

• 从映射关系上看，一虚、一实，两种“体”相互对应，数量不限。数字虚体是物理实体的“数字孪生体”，反之，物理实体也是数字虚体的“物理孪生体”，这是二者的基本关系和事实。

• 从诞生顺序上看，先有物理实体，后有数字虚体。以工业视角来看，实体是第一次工业革命和第二次工业革命的产物，虚体是第三次工业革命的产物。而虚体对实体的描述、定义、放大与控制，以及二者的逐渐融合，正在促成新工业革命。

• 从重要性上看，没有物理实体，就无法执行工业必需的物理过程，无法保障国计民生；没有数字虚体，就无法实现对物理实体的赋值、赋能和赋智，就失去了工业转型升级的技术途径。虚实必须融合，二者均不可缺。但是最终体现的，是转型升级之后的“新工业实体”，是有了数字虚体作为大脑、神经特别是灵魂的全新机器和设备。

• 从创新性上看，虚实融合，相互放大价值。而且，在产品研制上，先做物理实体还是先做数字虚体，人们有了更多的选择，无论是谁先谁后，或是同时生成，都可产生诸多创新，智能制造中的很多新技术、新模式、新业态也就此产生。

波音公司为F-15C型飞机创建了数字孪生体，不同工况条件、不同场景的模型都可以在数字孪生体上加载，每个阶段、每个环节都可以衍生出一个或多个不同的数字孪生体，从而对飞机进行全生命周期各项活动的仿真分析、评估和决策，让物理产品获得更好的可制造性、装配性、检测性和保障性。如图5-3所示。

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