数字孪生关键技能及体系架构

摘要：
数字孪生以各领域日益巨大的数据为基本要素，借助发展迅速的建模仿真、人工智能、虚拟现实等先进技能，构建物理实体在虚拟空间中的数字孪生体，实现对物理实体的数字化管控与优化，开发了企业数字化转型的可行思路。起首介绍了数字孪生的演进与代价，然后给出了数字孪生典型特征及其体系架构，并基于该架构介绍了多项数字孪生关键技能，末了对数字孪生进行了展望，包括其面临的挑衅与未来发展趋势。


01
概述

数字孪生中“孪生”的基本思想最早起源于上个世纪美国国家航空航天局（NASA）的阿波罗计划，通过留在地球上的航天器对发射到太空的航天器进行工作状态的仿真模拟，进而辅助航天员完成决议，明显减少了各种操纵结果的未知性。

“数字孪生”一词初次出现于 2009 年美国空军研究实行室提出的“机身数字孪生体”概念中，而“数字孪生”作为独立概念初次出现则是在 2010年 NASA 的2份技能报告中，其被界说为集成多物理量、多尺度、多概率的体系或飞行器仿真过程。此后，数字孪生正式进入公众的视野，也开始得到各研究领域的器重。

2012 年，NASA 指出数字孪生是驱动未来飞行器发展的关键技能之一；2013年，NASA将数字孪生列入“全球科技愿景”；2017年佐治亚理工大学初次提出数字孪生都会，2018 年中国信通院发布了《数字孪生都会研究报告》；从 2018 年起，ISO、IEC、IEEE 三大尺度化构造也开始着手数字孪生相关尺度化工作。

数字孪生目前没有同一的理论体系，自其诞生以来，各研究与应用领域对其提出了多种界说，如表1所示。

  表1  数字孪生界说
02
数字孪生的代价

数字孪生自应用以来，在财产、商业、社会等方面表现出了其重要的代价。

a）财产代价方面，构建全财产链的数字孪生体能够促进财产向制造与服务融合发展的新型财产形态转型，即从市场需求、用户沟通、产品计划、产品制造、物流供应、维保服务等全财产链出发构建数字孪生体，使传统财产具备定制化生产本领，实现更为敏捷和柔性的商业模式；而构建产品全生命周期的数字孪生体，有助于建立产品从研发、仿真、制造到利用的闭环体系，加快产品研发和迭代升级，进一步推动财产的发展。

b）商业代价方面，随着数字孪生技能得到各领域认可，许多科技企业已经着手研发数字孪生技能并推出了相关产品，这些产品在落地应用中不断升级优化，逐渐满足市场客户的现实需求，为企业带来了可观的经济效益，同时也促进了更多企业共同推动数字孪生产品的商业化；另一方面，企业构建产品全生命周期的数字孪生体，有助于改善产品计划、优化生产流程、快速定位问题，实现提高产品格量、降低生产成本、提升生产服从等目标，其也是数字孪生商业代价的重要表现。

c）社会代价方面，数字孪生能够推动社会数字经济的发展。数字经济是继农业经济、工业经济之后

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