什（shí）么是数字（zì）孪生？

数字孪生是充分利（lì）用物理模型、传感器更新、运行历（lì）史（shǐ）等数据，集成多学科、多物（wù）理量（liàng）、多尺度、多概率的仿（fǎng）真过程，在虚拟空（kōng）间中完成映（yìng）射，从而反映相（xiàng）对（duì）应的实体（tǐ）装备的全（quán）生命周期（qī）过程。

现如今，数字（zì）孪生技术不只（zhī）应用（yòng）在（zài）制造业，它已经（jīng）彻底进（jìn）入了物联网，人工智能（néng）和数（shù）据分析的融（róng）合世界。随着更复杂（zá）的“事物”与生成数（shù）据的能力联系在一起，拥有数字等同物（wù）使数（shù）据科（kē）学家和其他IT专（zhuān）业人（rén）员，能够以最高效率优（yōu）化部署虚（xū）拟场景。

数字孪生技术已经（jīng）扩（kuò）展到包括建筑物，工厂甚至城市等（děng）大型项目，有人说流程可以拥有数字孪生，从（cóng）而进一步扩展（zhǎn）了（le）这一概念。这个想法首先出现在NASA：早期太空舱的完整模型在地面上用（yòng）于镜像和诊断轨（guǐ）道中的问题，最（zuì）终被全数字模（mó）拟所（suǒ）取代。

但在Gartner将（jiāng）“数字孪生”列为2017年十（shí）大（dà）战略（luè）技术趋势之（zhī）一后，这个名词才真正流行起来。Gartner表示，数字孪生是物理事物或系（xì）统的动态软件模型，它依（yī）赖传感器数据。

三到五（wǔ）年内（nèi），数以亿计的物件将由数字孪生呈现。一年后，Gartner再次将数字（zì）孪生列为主要趋势（shì），并预测，到2020年（nián），估计有（yǒu）210亿个连接的传感器和终端，数字（zì）孪生（shēng）将（jiāng）在不久的将来存在于（yú）数十（shí）亿个（gè）事物中（zhōng）。”

本质上，数字孪生是一种计（jì）算机程序，它将有关物理对象（xiàng）或系统的真实（shí）数据作为输入，并（bìng）将生成的数据作为输出，预测或模拟物理（lǐ）对（duì）象或系统（tǒng）将如何受到（dào）这（zhè）些输入的影响。

数字孪生如何工作？

数字孪生的（de）诞生是由专（zhuān）家（通常是（shì）数（shù）据科学或应（yīng）用数学专家）建立的。这些开（kāi）发人员研究了被模仿（fǎng）的（de）物理对象（xiàng）或系统基础的物（wù）理学，并（bìng）使用该数（shù）据开发了数（shù）学（xué）模型，以模拟（nǐ）数字空（kōng）间中的真（zhēn）实世（shì）界。

数字孪生的（de）构造使其（qí）可以（yǐ）接收来自（zì）传感器的输入，这些传感器从真实世界的数据。这使数字孪生可以实时地仿真物理对象（xiàng），在这个过程（chéng）中（zhōng）可以洞察性能（néng）和（hé）潜（qián）在问（wèn）题。数字孪生也可以根据其物理对应物的原型进行设计，在这种（zhǒng）情况下，数（shù）字孪生可以在产品精制（zhì）时提供（gòng）反馈（kuì）。在构建任何（hé）物理版本之（zhī）前，数字（zì）孪生（shēng）甚至可（kě）以（yǐ）自己作为原型。

数字孪生实例（lì）

这里（lǐ）有两个数字（zì）孪生（shēng）的例子——汽车和货船——让（ràng）您了解（jiě）潜（qián）在应用（yòng）。飞机引擎、火车、轮（lún）船和（hé）涡轮机（jī）等物体（tǐ），可以在实际（jì）生产之前进行数字化（huà）设（shè）计和测试（shì）。这（zhè）些数字孪生也可用（yòng）于帮助（zhù）维护操作。例如，技（jì）术（shù）人员可以在应用物理孪（luán）生之前（qián），使用数字（zì）孪生胎对某（mǒu）件（jiàn）设备的建（jiàn）议（yì）修复进（jìn）行测试（shì）。

数字孪生业务应用程序存在于（yú）多个领域（yù）：

●制造业是数字（zì）孪生部署最广泛的（de）领域（yù），工厂已经（jīng）在使用数字（zì）孪生（shēng）来模拟其流（liú）程，正如德（dé）勤的案例研究

●汽车数字孪（luán）生之（zhī）所以成为（wéi）可能，是因为汽（qì）车已经装有遥测传感器，但是（shì）随着越来越（yuè）多的自动驾（jià）驶汽车上路（lù），完善技术（shù）将变得（dé）更加重要。

●医疗保健是产（chǎn）生上述数字孪生的（de）领（lǐng）域。创可贴大小的传感器将健康（kāng）信息（xī）发送回（huí）数字孪（luán）生（shēng），用（yòng）于监视和预（yù）测患者的健康状（zhuàng）况。

数字孪生和（hé）物（wù）联网

显然，物联网传感器的（de）爆炸式增长使数字孪生成为可（kě）能。随着物（wù）联网设备的（de）完善，数字孪生方案可（kě）以包（bāo）含较小和较（jiào）不（bú）复杂的对象，这给企（qǐ）业带来了（le）额外的（de）好处（chù）。

数字孪（luán）生可用（yòng）于根据（jù）可变数据预测不同（tóng）的结果。这类似（sì）于科（kē）幻电影中经常出现的运行模拟场景（jǐng），其中在（zài）数字环境（jìng）中（zhōng）证明了可能的场景（jǐng）。借助额外的软件（jiàn）和（hé）数据（jù）分析，数字孪生通常可（kě）以优化IoT部署以实现最高效率，并帮助设计（jì）人员在实际部（bù）署之前确定应（yīng）该去（qù）的地方或操作方式。

数字孪生可（kě）以复制物理（lǐ）对（duì）象的次数越（yuè）多，发现效率和其（qí）他好处（chù）的可能（néng）性就越大（dà）。例如，在制造过程中，仪（yí）器越高的（de）设备越多，数字孪生可能（néng）会更准（zhǔn）确（què）地模（mó）拟设备随时间的运行情况（kuàng），从而（ér）有（yǒu）助于预测未来（lái）的（de）性能和可能的故障。

数字孪生供应商

建立数字孪生非常复杂，目前还没有标准化的平台。从事该领域工（gōng）作的Ian Skerrett，其背后拥有悠久（jiǔ）的（de）开放（fàng）源（yuán）代（dài）码历史，他（tā）提（tí）出了一个（gè）数字孪生平（píng）台的框架，这只是第一步，因为这一领（lǐng）域还（hái）处于萌芽阶段。

与许多新兴技术相比（bǐ），商（shāng）业数字孪生（shēng）产品实际上来自该领域的一些最大公司（sī）。例如，通用电气（GE）在内部（bù）开发了数字孪生技术，作为喷气（qì）发动（dòng）机制造过程的（de）一部分，现在向客户（hù）提供（gòng）专业知识。

另一家大规模（mó）与制（zhì）造的工业巨头西（xī）门子（Siemens）也（yě）是（shì）如此。为了（le）不被（bèi）这些工厂供应商超越，IBM正在营销“数字孪生”，作（zuò）为其物（wù）联网计划的一部分，微软也在Azure的保护伞下（xià）推出了（le）自己（jǐ）的数字孪生平台。

数字孪（luán）生与预测孪生

“数字孪（luán）生”可以包（bāo）括（kuò）设备说明，3D渲（xuàn）染以及（jí）设（shè）备中所有传感器的详细信息。它不断生成（chéng）模拟现实生活选（xuǎn）择的传感器读数。”

Puri写（xiě）道，可（kě）预测孪生（shēng）“为设（shè）备的未来状态和行为建模（mó）”。“这是基于（yú）来自其他设备的历史数据，这（zhè）些数（shù）据可以模拟（nǐ）故障和其他需要注意的情况。”

作（zuò）为其数（shù）字孪生（shēng）计划的一部分，Microsoft正在采用该概念（niàn）并（bìng）将其应用于除物理（lǐ）产品之外（wài）的流程中。 在白（bái）皮书中，Microsoft提出了（le）数（shù）字处理孪生的想法：

微软表示：“流程清单（dān）是数字化转型的下一个阶段，使整个工厂和供应（yīng）链中的产品数字孪生受益（yì）更多。”相关（guān）的白皮书重（chóng）点强调了一些（xiē）先进的（de）制造（zào）场景。

数字孪生的好处（chù）

数（shù）字（zì）孪生（shēng）可以实时查看物理资产（chǎn）的（de）情况，从（cóng）而从根本上减轻维护负担。雪佛龙公司正在为其（qí）油田和炼油厂推（tuī）出数字孪生技术，预计将节省数百万美元的维（wéi）护（hù）费用。西门子表（biǎo）示，使用数字（zì）孪生对尚未制（zhì）造的物体进行建（jiàn）模（mó）和原型设计，可以减少产品缺陷并缩短产品（pǐn）上市时间（jiān）。

但请记住，Gartner警（jǐng）告称，“数字（zì）孪生并（bìng）非刚需（xū），可能会增加复（fù）杂性（xìng）。”对于特定的商业问题而言，数字孪生可能存在（zài）成本、安全性、隐私和集成等方面的问（wèn）题（tí）。”

数字孪生技能（néng）

有兴趣（qù）成为数字（zì）孪生专（zhuān）业人士（shì）吗？这些技能（néng）要求很高，并（bìng）且需要机器学习（xí），人工智能（néng），预测分析和其他数据科（kē）学功能（néng）方面的专业知识。这就是大公司在此（cǐ）领（lǐng）域挂出招牌的原因之一：可能聘请顾问团（tuán）队比提升内部员工的技能更为合理。