数字双胞胎是物理对象的精确复制品，在物理世界和数字世界之间建立联系。它是由计算机辅助设计（CAD）和工程师在云中实现的虚拟表示。在虚拟环境中，它的功能与物理版本完全相同。数字双胞胎不能取代物理对象或系统，而是提供一个安全的环境来监控和测试物理物体，却不必靠近它们，例如，可以使用数字双胞胎来测试设备如何响应突然的温度峰值，从而设计和实施安全措施，而无需进行真实的（并且可能具有风险的）测试。01数字孪生的概念
2002年，密歇根大学教授Dr. Michael Grieves首次提出数字孪生的概念，即可以基于物理设备产生的数据，构建能够准确反应物理设备状态的虚拟实体。物理数字孪生间的联系应当是动态和同步的。持续的数据交互，可以帮助虚拟孪生对物理世界中的设备运行机理和状态实现更完整的掌控；依托虚拟孪生体积淀的数据和模型，使用者也可以更好模拟和测试物理环境中的多种场景，实现更精细的数据分析和优化。至今，数字孪生在行业中的发展有限。对比传统意义上的数字仿真(Simulation)，数字孪生体系对物理世界数据采集反馈过程的准确性、及时性和交互性提出了更严格的要求。在数据处理能力和传感通信技术不完善的时代，这意味着高昂的部署成本和较高的技术门槛，让众多企业对数字孪生的概念望而却步。
02核心推动趋势
伴随着新一代信息与通信技术的成熟，数字孪生有望在未来几年迎来全新的发展机遇。Deloitte的数字孪生报告列举了以下几个核心的推动趋势：
1、数据采集和交互变得更加简单和便宜
传感设备种类的丰富以及价格的下降，使得在不同场景中实现数据采集的前置成本明显下降。物联网技术的兴起，也降低了多种传感器数据交互的成本和技术门槛。
2、数据处理能力的不断提升
云计算的迅速发展，能够满足数字孪生应用所需要的海量数据存储和分析能力。边缘计算的普及，可以进一步提高数据处理分析的实时性。以机器学习为代表的新一代数据分析技术，也侧面推动了数字孪生的发展，为生产运维等多种场景提供准确、智能的预测。
3、丰富多元的人机交互方式
增强现实、语音识别、虚拟助手等技术的成熟，为数字孪生带来了多元化的展示和交互方式，使得协同设计、远程维修等场景能够更好的与数字孪生相结合，推动全新管理和协作模式的发展。
03数字孪生的具体定义
多年来，业界对数字孪生的具体定义和能力存在着不同的看法和定义。任何数字化的设备、生产流程都可以被认为是数字孪生的一种形态。总体来看，我们可以将数字孪生简单划分为几个不同的层次：
来源：Leveraging Digital Twin Technology in Model Based Systems Engineering - MDPI
虚拟模型 Virtual Prototype
高度仿真的虚拟模型主要应用在设计规划的初期。虚拟模型能帮助使用者更方便地完成前期设计工程，有效地缩短了设计所需时间和流程。同时，虚拟模型也可以帮助使用者尽早发现设计中的潜在缺陷和风险，并在可行性、成本等各方面提供有效的分析。
数字孪生 Digital Twins
在虚拟模型的基础上，融合实际物理设备和系统提供的批量运行数据，搭建能够真实反映物理世界运行状况的数字孪生模型。数字孪生能有效支持管理者做出产品设计迭代、设备管理、工作流程优化等重要商业决策。此外，数字孪生也能帮助开发者对不同的极端运行情况进行模拟，提高设备与工作流程的安全性和鲁棒性。
适应性数字孪生 Adaptive Digital Twins
传感设备的不断丰富和物联网技术的发展，使得数字孪生模型能够接收到运行的实时数据，可以支持管理者在操作、维护和支持期间及时规划和决策。在机器学习等技术的辅助下，数字孪生模型可以更好理解数据流背后的运行状态，进而实现预测性维护、智能规划等新型应用。
智能数字孪生 Intelligent Digital Twins
智能的数字孪生，是数字孪生概念发展的最终形态。万物智联时代下，数字孪生不仅能够获取物理孪生的实时数据，也能够与其他设备和环境实现数据交互。在此基础上，数字孪生能根据不断变化的物理环境，实现及时的运行决策和优化。目前在自动驾驶领域中的虚拟仿真环境，便是对这一概念的灵活应用。伴随着产业数字化程度的提升以及AI算法的成熟，数字孪生有望在生产制造、智能运维等方向得到更广泛、深刻地应用。
04数字孪生带来的行业应用
制造业是拥抱数字双胞胎的主导产业，可以在设备预测性维护、运营效率、创新、降低成本等方面发挥作用。
预测性维护
数字双胞胎提供了生产车间中每台设备如何工作的精确画面，能够立即识别问题。不再需要依赖于基于年限或用途的概括或假设，每台设备都可以作为一个独特的单元进行精确跟踪和监控。
检测到来自物联网传感器数据中的异常模式，并将其用于数字双胞胎的预测模型，以在故障发生之前进行预测。能够通过模拟来预测设备在不同条件和环境下的行为，例如找出一台设备如何应对恶劣环境或温度的突然变化。甚至可以远程解决发现的问题，缩短解决时间。
运营效率
一个潜在的问题解决方案可以先在一个数字双胞胎上测试，既节省了资源，又提高了安全性。随着技术应用的扩展，数字双胞胎将被用于监控整个生产流程，减少停机时间并防止错误发生。
创新
数字双胞胎让您在使用数字原型构建完整版的物理设备之前运行模拟。虚拟原型是基于物理原型的，允许您在降低成本的同时优化产品。收集到的数据还可用于改进现有的产品和服务，从而提高客户满意度和销售额。
降低成本
还可以利用该技术通过预测性维护和资产优化来延长资产的使用寿命，从而降低运营甚至资本支出。
