数字孪生技术科普数字孪生是物理对象或系统的数字表示。从本质上讲，数字孪生是一种计算机程序，它将有关物理对象或系统的真实世界数据作为输入，并产生预测或模拟该物理对象或系统将如何受到这些输入的影响。数字孪生概念首先出现在美国宇航局：早期太空舱的全尺寸模型，在地面上用于镜像和诊断轨道上的问题，最终让位于全数字模拟。数字孪生背后的技术已经扩展到包括建筑物、工厂甚至城市，一些人认为甚至人和流程也可以拥有数字孪生，从而进一步扩展了这一概念。在Gartner 将数字孪生列为2017年十大战略技术趋势之一后，并表示在三到五年内，“数十亿事物将由数字孪生(一种物理事物或系统的动态软件模型)来代表”，这一术语才真正开始流行起来。Grand View Research表示，如今，数字孪生技术因其弥合物理世界和虚拟世界之间差距的潜力而继续获得吸引力。该公司表示，预计从2023年到2030年，全球数字孪生市场将以38%的复合年增长率（CAGR）扩张。Grand View表示，将人工智能（AI）、云计算和物联网等技术纳入数字孪生系统，预计将在预测期内推动市场增长。1. 数字孪生如何运作？数字孪生是由专家（通常是数据科学或应用数学专家）构建的。这些开发人员研究被模仿的物理对象或系统背后的物理原理，并使用该数据开发数学模型，以模拟数字空间中的真实世界原始状态。孪生体的构造使其能够接收来自传感器的输入，这些传感器从现实世界的对等体收集数据。这使得孪生体可以实时模拟物理对象，在此过程中提供对性能和潜在问题的见解。孪生体也可以根据实物原型设计，在这种情况下，孪生体可以在产品改进时提供反馈；孪生体甚至可以在任何物理版本建成之前作为原型。2. 数字孪生与模拟仿真和数字孪生这两个术语经常互换使用，但它们是不同的东西。模拟是使用 CAD 系统或类似平台设计的，并且可以通过其模拟步骤进行，但可能无法与真实的物理对象进行一对一的模拟。相比之下，数字孪生是根据真实设备上的物联网传感器的输入构建的，这意味着它复制了现实世界的系统，并随着时间的推移而随该系统发生变化。模拟往往在产品生命周期的设计阶段使用，试图预测未来产品将如何工作，而数字孪生则为业务的各个部分提供了他们已经使用的某些产品或系统现在如何工作的洞察。3. 数字孪生用例数字孪生的潜在用例非常广泛。飞机发动机、火车、海上石油平台和涡轮机等物体可以在实际生产之前进行数字化设计和测试。这些数字双胞胎还可用于帮助维护操作。例如，技术人员可以在应用修复之前使用数字孪生来测试针对某台设备提出的修复是否有效。制造业可能是数字孪生推广最深入的领域，工厂已经使用数字孪生来模拟其流程。汽车数字孪生之所以成为可能，是因为汽车已经配备了遥测传感器，但随着更多自动驾驶汽车上路，完善技术将变得更加重要。医疗保健是可以产生人的数字孪生的行业；微型传感器可以将健康信息发送回数字双胞胎，用于监测和预测患者的健康状况。4. 数字孪生能为组织带来什么样的价值？正如数字孪生在不同行业有不同的用途一样，数字孪生的价值也因应用而异。例如，在制造领域，数字孪生可以使产品设计师在确定最终设计之前尝试原型。这是一种利用数字资源来开发和完善产品的方法，而不是利用物理工程资源。通过在虚拟空间中模拟真实产品的数字复制品，设计人员可以快速生成新的迭代，优化其产品设计，并一路提高产品质量。在半导体行业，数字孪生可以存在于云端并取代物理研究模型。2024年5月，拜登政府宣布计划提供高达2.85亿美元的资金，建立一个美国芯片制造研究所，专注于半导体行业的数字孪生:美国商务部在公告中表示，基于数字孪生的研究可以利用人工智能“帮助加快美国新芯片开发和制造概念的设计，并通过改善产能规划、生产优化、设施升级和实时流程调整来大幅降低成本”。研究公司IDC的全球IT/OT融合战略研究主管Jonathan Lang在接受网络世界采访时表示，数字孪生体在制造业、石油和天然气、公用事业、采矿业等特定行业具有吸引力，“基本上是物理的、高资本的、资产密集型的垂直行业。”Lang表示，在这些情况下，数字孪生的基本原理已经很清楚了，因为其潜在的好处包括更好地了解资产的健康状况、提高可靠性、节省成本以及确保稳定运营的能力。他说:“基础设施、网络设备、联网设备等IT环境具有相同的价值驱动因素。”5. 数字孪生有哪些类型?IBM提供的分类方案不是基于特定的行业，而是基于孪生事物的复杂性。这为思考特定用例中的需求提供了一种有用的方法，并让我们了解数字孪生可以做什么：组件或零件孪生模拟功能组件的最小示例。资产孪生模拟两个或多个组件一起工作，并让您研究它们之间的交互。系统或单元孪生可让您了解多个系统资产如何协同工作，例如模拟整个生产线。流程孪生采用系统协同工作的绝对顶层视图，让您了解整个工厂的运作方式。值得注意的是，向组合中添加更多组件会增加复杂性。特别是，混合和匹配来自不同制造商的组件可能很困难，因为您需要每个人的知识产权才能在数字孪生世界中良好地协同工作。6. 数字孪生的优势和好处在IT世界中，模拟IT基础架构的数字孪生体可以：加强安全性:“网络数字孪生提供了值得注意的安全优势，包括关键漏洞识别和针对正在使用的单个设备配置和功能的优先补救计划，”Forward Networks产品和用户体验高级副总裁Chiara Regale在接受网络世界采访时谈到考虑网络数字孪生的原因时说。改善文档记录:“由于围绕交付的优先级、缺乏记录基础设施变化的标准以及无序扩张，每个企业都不擅长记录文档记录，”金融服务公司Fiserv的网络架构和自动化总监迈克尔温斯顿告诉网络世界。数字孪生技术可以提供对基础架构的深入了解，而不仅仅是配置，包括环境在任何给定时间的运行情况。这对于成功的文档编制至关重要。提高效率：数字孪生支持跨多个业务系统的数据模拟。IDC研究表明，IT组织正在浪费大量时间来搜索执行工作职能所需的信息。IDC分析师Jonathan Lang表示:“通过在单一界面中统一数据以及跨多个数据集进行分析，数字孪生提高了工作人员的效率以及分析输出的质量和准确性。创造更好的数字体验：公司可以创建数字孪生体来帮助增强数字体验，数字体验是用户与产品、服务、设备等基于数字的交互的总和。Juniper Networks首席人工智能官Bob Friday表示:“数字孪生体验是一个新概念，它可以虚拟化最终用户、应用程序或物联网设备，以验证网络体验并在问题影响用户体验之前预测问题。