2020年11月11日，工信部下属中国电子技术标准化研究院主办的新一代信息技术产业标准化论坛发布了由工信部牵头2020年《数字孪生白皮书》。作为新基建背景下的重要研究成果，该白皮书对当前我国数字孪生的技术热点、应用领域、产业情况和标准化进行了分析。

该白皮书的亮相，反映出数字孪生对于我国经济社会发展的影响日益深刻。

不过大部分人看到数字孪生（Digital Twin）这个词时都会“不明觉厉”：究竟什么是数字孪生？它有什么用？怎么孪生？不要着急，今天就来给大家好好聊一下关于数字孪生的那些事。


数字孪生——为物理世界“复制”一个虚拟数字分身

数字孪生，就是针对物理世界的实体，通过数字化手段构建一个数字世界中的“完整分身”，能够和物理实体保持实时的交互联接，借助历史数据、实时数据以及算法模型等，通过模拟、验证、预测、控制物理实体全生命周期过程，实现对物理实体的了解、分析和优化。

简单来讲，数字孪生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”。这个克隆体的最大特点，就是对实体对象的动态仿真。也就是说，数字孪生体是会“动”的。

数字孪生最早应用于航空航天领域。由于飞机、火箭这类大型、复杂的机械设备，技术含量高，一旦出错，代价昂贵，因此美国空军研究实验室希望利用数字孪生体这个概念来解决战斗机机体的维护问题。

后来工业制造领域的巨头美国通用公司也开始关注数字孪生技术，再到德国西门子的重视......数字孪生就开始风靡互联网和产业界，直至今日。


数字孪生在工业制造的应用

由于数字孪生早期的应用与工业制造领域密不可分，因此工业制造也是数字孪生的主要战场。

产品研发阶段
在工业制造领域，要完成产品部件的设计修改，尺寸装配，通常需要反复尝试，耗费大量人力物力。利用数字孪生可以为工业生产建立起虚拟空间，在该技术之下，工程设计师不仅能看到产品外部变化，更使内部零件动态的观察成为可能。

例如，通过数字3D模型，我们可以看到汽车在运行过程中发动机内部的每一个零部件、线路、各种接头的每一次变化，从而大幅降低产品的验证工作和工期成本。

制造生产阶段
在制造生产中，建立一个生产环境的虚拟版本，用数字化方式描叙整个制造环境，在虚拟数字空间中进行设备诊断、过程模拟等仿真预测，可以有效防止现场故障、生产异常产生的严重后果。

例如，3D工厂生产线 将生产环境、生产数据、生产流程实现数字可视化。从设备上的传感器中导入数据，实时监测到设备每个部位的轴温、开机时长、当前生产阶段、设备利用率、产量等关键数据信息。

在web端与手机端逼真呈现整个流水线生产过程，呈现方式一目了然，更加方便企业进行管理。

设备维护阶段
维护阶段，数字孪生也能发挥重要作用。正如前文所说，美国空军提出数字孪生，就是为了帮助更好地维护战斗机。那么对于工厂设备设施，也同样可用数字孪生进行相应维护。

当设备生产流水线的仿真模型搭建完成后，通过对运行数据进行连续采集和智能分析，可以预测维护工作的最佳时间点，提供维护周期的参考依据。不仅能够及时预测相应风险，同时还能做出高效迅速的反应，有效提升产品的可靠性和可用性，降低产品研发和制造风险。

由此可见，数字孪生给工业制造企业带来了显而易见的效率提升和成本下降。而随着传统工业制造转型升级需求的加速，数字孪生势必将发挥更为重要的作用。