浅谈「数字孪生」

“能够为一个行业带来革命的事物本来就不多见。而同时给多个行业带来革命的东西可能一百年才会出现一次。”

随着制造过程越来越数字化，数字孪生出现的频次越来越高。

时至今日，数字孪生不再是一种技术，渐渐成为一种发展新模式，推动行业变革的新动力。

那么究竟什么是数字孪生，为什么需要数字孪生?

01 数字孪生前世今生

◆ 起源

“孪生”的概念起源于美国国家航空航天局的“阿波罗计划”，即构建两个相同的航天飞行器，其中一个发射到太空执行任务，另一个留在地球上用于反映太空中航天器在任务期间的工作状态

◆ 诞生

“2003 年 数字孪生（Digital Twin）”这一概念被美国Michael Grieves教授提出。

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”

◆ 发展

2011 年，美国空军探索了数字孪生在飞行器健康管理中的应用，并详细探讨了实施数字孪生的技术挑战。

2012 年，美国国家航空航天局与美国空军联合发表了关于数字孪生的论文，指出数字孪生是驱动未来飞行器发展的关键技术之一。

简单来说，就是在一个设备或系统的基础上，创造一个数字版的“克隆体”。

从最根本的概念上来说，数字孪生就是通过某种软件界面将已经被数字化，真实在运行的物体的实际情况在数字体上复现。

数字孪生这一概念，迅速走出制造业，应用到了智慧城市、智慧交通、智慧农业、智慧医疗、智能家居等行业。

数字孪生无处不在，似乎已成为各行各业实现数字化的金钥匙。

02 万物皆可数字化，数字孪生的应用场景

数字孪生作为数字经济当中一项关键技术和高效能工具，助力推进产业数字化，促进数字经济与实体经济融合发展。

现在，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，数字孪生在各领域得到越来越广泛的应用实施。 图源《数字孪生应用白皮书2020版》

通过白皮书的介绍，可以重点从工业制造、智慧城市以及智慧医疗这三个重要场景来了解下数字孪生的应用。

在工业制造领域，数字孪生为工业生产建立起了可以投射物理设备的虚拟空间，能够仿真复杂的制造工艺，实现产品设计、制造和智能服务等闭环优化。

在智慧城市建设中，推动智慧城市建设的市场和行政的边界尚不清晰，资源共享和业务系统机制没有建立起来。

在智慧医疗的建设上，一系列移动监测、移动诊室、无线远程会诊、智慧处方、医疗信息云存储等智能技术手段的应用，正在提升城市医疗的覆盖面，提升医疗资源分配的效率。

未来，数字孪生技术在实现全社会“电子医疗”服务体系中，将发挥重要作用。

比如，基于患者的健康档案、就医史、用药史、智能可穿戴设备监测数据等信息可在云端为患者建立“医疗数字孪生”，在生物芯片、增强分析、边缘计算、人工智能等技术的支撑下模拟人体运作，实现对医疗个体健康状况预测分析和精准医疗诊断。

03 数字孪生的未来产业图谱

在白皮书当中，对数字孪生产业的相关版图进行了极为详尽的介绍。

数字孪生的产业版图可以从其技术生态系统的图谱来了解，白皮书将数字孪生划分为“基础支撑”、“数据互动”、“模型构建”、“仿真分析”、“共性应用”、“行业应用” 6大核心模块，对应从设备、数据到行业应用的全生命周期。

图源《数字孪生应用白皮书2020版》

目前，国内外主要厂商主要有建模业务、仿真业务、平台业务、行业服务业务四大类。

随着采用率持续增长，有望在包括城市规划、产品开发和工厂模拟在内的各个领域看到更多数字孪生的应用。

参考文献： 《数字孪生应用白皮书2020版》 《数字孪生城市白皮书》中国信息通信研究院 《工业4.0与数字孪生》