数字孪生体技术概述_1.数字孪生体发展历程和定义

        数字孪生体技术是跨层级、跨层度的现实世界和虚拟世界建立沟通的桥梁，是第四次工业革命的通用目的技术和核心技术体系之一，是支撑万物互联的综合技术体系，是数字经济发展的基础，是未来智能时代的信息基础设施。未来十年将成为“数字孪生体时代”。

1.数字孪生体发展历程

         当前，以物联网、大数据、人工智能等新技术为代表的数字浪潮席卷全球，物理世界和与之对应的数字世界形成两大体系平行发展，相互作用。数字世界为了服务物理世界而存在，物理世界因为数字世界变得高效有序。在这种背景下，数字孪生体技术应运而生。

        数字孪生体最早的概念模型由当时的PLM咨询顾问Michael Grieves博士（现任佛罗里达理工学院先进制造首席科学家）于2002年10月再美国制造工程协会管理论坛上提出。数字孪生体（Digital Twin）这一名称最早出现再美国空军实验室2009年提出的“机身数字孪生体（Airframe Digital Twin）”概念中。

        数字孪生体的发展历程可以分为四个阶段。

        （1）1960-21世纪初，是数字孪生体的技术准备期，主要是指CAD/CAE建模仿真、传统系统工程等预先技术的准备。

        （2）2002-2010年，是数字孪生体的概念产生期，指数字孪生体模型的出现和英文术语名称的确定。这段时间，预先技术继续成熟，出现了仿真驱动的设计、基于模型的系统工程（MBSE）等先进设计范式。

        （3）2010-2020年，是数字孪生体的领先应用期，主要指NASA、美军方和GE等航空航天、国防军工机构的领先应用。这段时间也是物联网、大数据、机器学习、区块链、云计算等外围使能技术的准备期。目前数字孪生体的定义不下20个，大部分IT厂商、工业巨头和咨询机构都有自己的定义或与自身业务相关的数字孪生体解决方案。从2018年开始，ISO、IEC、IEEE三大标准化组织陆续开始着手数字孪生体相关标准化工作，第一个数字孪生体国际标准将于明年发布。

        （4）2020-2030年，是数字孪生体技术的深度开发和大规模扩展应用期。可以看出，PLM领域，或者说以航空航天为代表的离散制造业，是数字孪生体概念和应用的发源地。目前，数字孪生体技术的开发正与上述外围使能技术深度融合，其应用领域也正从智能制造等工业化领域向智慧城市、数字政府等城市化、全球化领域拓展。

2.数字孪生体的定义

         数字孪生体的定义如下：数字孪生体是现有或将有的物理实体对象的数字模型，通过实测、仿真和数据分析来实时感知、诊断、预物理实体对象的状态，通过优化和指令来调控物理实体对象生命周期内的决策。将“Digital Twin”译为“数字孪生体”。加上这个“体”字，是为了借用了中文“体”字语义的模糊性来应对和减少Digital Twin译成中文时在不同使用场景下的不确定性。“体”字的中文语义的模糊性表现在它有两种含义：

        （1）事物的本身或全部，如物体、实体（object，entity）；

        （2）事物的格局或规矩，如体制、体系。中文中，体系一词也是多义词：系统（system），如技术体系；系统之系统（system of systems），如体系工程。

        为数字孪生加上“体”字后，数字孪生体就是一个名称，这样为digital（ly）twinned/twinning的翻译挪出了空间，方便相关术语体系的构建。因此，“数字孪生体”这个术语有如下几种使用场合和含义：

        （1）Digital Twin这一现象背后所包含的技术体系、所代表的跨学科工程领域，以及作为通用目的技术引发的商业、经济和社会影响体系，如数字孪生体时代。

        （2）物理实体对象的某种数字化孪生模型的抽象类型或实例，如数字孪生体可分为数字孪生原型体、数字孪生实例体和数字孪生聚合体。

        （3）具体应用场景下物理实体对象的数字化孪生模型，如某个或某类产品、工厂、城市、产业、战场等的数字孪生体。此时，如果是强调物理实体对象或物理实体与数字孪生体并重，也可将数字孪生作为形容词定义，放在物理实体对象之前，而不用“体”字，相当于英文的digitally twinned。例如，数字孪生制造、数字孪生城市等。

        （4）在某些物理实体与数字孪生体并重的场合，如架构设计或实现等，可将数字孪生体与对应物理实体对象及相关使能实体对象所构成的系统称为数字孪生系统。