數(shù)字化轉(zhuǎn)型是我國經(jīng)濟社會發(fā)展的必由之路。當前，世界正處于百年未有之大變局，數(shù)字化是大勢所趨，已成為全球發(fā)展的熱點。作為數(shù)字化領(lǐng)域熱點之一，數(shù)字孿生逐漸成為從工業(yè)到產(chǎn)業(yè)、從軍事到民生各個領(lǐng)域的智慧新代表。在工業(yè)界，無論是智能制造還是工業(yè) 4.0，這些智能化體系都需要網(wǎng)絡(luò)化和數(shù)字化來支撐。在中國，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)支撐起了網(wǎng)絡(luò)化，而數(shù)字孿生即將成為數(shù)字化的基石。Sys28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

概念及背景Sys28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

通俗來講，數(shù)字孿生是指針對物理世界中的物體，通過數(shù)字化的手段構(gòu)建一個在數(shù)字世界中一模一樣的實體，借此來實現(xiàn)對物理實體的了解、分析和優(yōu)化。Sys28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

數(shù)字孿生（Digital Twin，簡稱 DT）這一概念在制造領(lǐng)域的使用，最早可追溯到美國國家航空航天局的阿波羅項目。2002 年 10 月在美國制造工程協(xié)會管理論壇上，當時的產(chǎn)品生命周期管理（Product Lifecycle Management，簡稱 PLM）咨詢顧問 MichaelGrieves 博士提出了數(shù)字孿生最早的概念模型。但是，當時“數(shù)字孿生”一詞還未被正式提出，Grieves 將這一設(shè)想稱之為“PLM 的概念設(shè)想（Conceptual Ideal for PLM）”，如圖 1-1 所示。Sys28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

2009 年，美國空軍實驗室提出“機身數(shù)字孿生（Airframe Digital Twin）”概念，將數(shù)字孿生概念應(yīng)用于航空航天制造領(lǐng)域。2010 年，美國國家航空航天局在《建模、仿真、信息技術(shù)和處理》和《材料、結(jié)構(gòu)、機械系統(tǒng)和制造》兩份技術(shù)路線圖中直接使用了“數(shù)字孿生”這一名稱，并將其定義為“集成了多物理量、多尺度、多概率的系統(tǒng)或飛行器仿真過程”。2011 年，Michael Grieves 博士在其所著的《智能制造之虛擬完美模型：驅(qū)動創(chuàng)新與精益產(chǎn)品》中正式定義了數(shù)字孿生概念，并一直沿用至今。Sys28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

數(shù)字孿生系統(tǒng)參考架構(gòu)Sys28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

一個典型的數(shù)字孿生系統(tǒng)包括用戶域、數(shù)字孿生、測量與控制實體、現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)物理域和跨域功能實體共五個層次，如圖 1-2 所示。Sys28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

數(shù)字孿生標準化體系Sys28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

數(shù)字孿生標準體系由數(shù)字孿生各項子標準體系組成，數(shù)字孿生標準體系結(jié)構(gòu)如圖 1-3 所示。Sys28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

數(shù)字孿生基礎(chǔ)共性標準Sys28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

數(shù)字孿生基礎(chǔ)共性標準主要規(guī)范數(shù)字孿生的基礎(chǔ)性和通用性標準，相關(guān)標準及主要內(nèi)容如圖 1-4 所示。Sys28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

數(shù)字孿生關(guān)鍵技術(shù)標準Sys28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

數(shù)字孿生關(guān)鍵技術(shù)標準用于規(guī)范數(shù)字孿生實施過程中涉及的關(guān)鍵技術(shù)要求，如圖 1-5 所示。Sys28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

數(shù)字孿生是近年來興起的非常前沿的新技術(shù)，或者說最近幾年才走入民用領(lǐng)域的一項技術(shù)。對數(shù)字孿生的簡單理解就是利用物理模型并使用傳感器獲取數(shù)據(jù)的仿真過程，在虛擬空間中完成映射，以反映相對應(yīng)的實體的全生命周期過程；數(shù)字孿生技術(shù)可以理解為通過傳感器或者其他形式的監(jiān)測技術(shù)，將物理實體空間借助于計算機技術(shù)手段鏡像到虛擬世界的一項技術(shù)。可以說，在未來，物理世界中的各種事物都將可以使用數(shù)字孿生技術(shù)進行復(fù)制。在工業(yè)領(lǐng)域，通過數(shù)字孿生技術(shù)的使用，將大幅推動產(chǎn)品在設(shè)計、生產(chǎn)、維護及維修等環(huán)節(jié)的變革。在對數(shù)字孿生技術(shù)研究探索的基礎(chǔ)上，可以預(yù)見其即將在以下幾大領(lǐng)域中落地，并將推動這些產(chǎn)業(yè)更快、更有效地發(fā)展，如五維模型在衛(wèi)星/空間通信網(wǎng)絡(luò)、船舶、車輛、發(fā)電廠、飛機、復(fù)雜機電裝備、立體倉庫、醫(yī)療、制造車間、智慧城市、智能家居、智能物流、建筑、遠程監(jiān)測、人體健康管理領(lǐng)域中產(chǎn)生巨大影響與改變。Sys28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

數(shù)字孿生城市技術(shù)架構(gòu)Sys28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

為實現(xiàn)城市數(shù)字孿生，首先需對物理空間以及社會空間中的物理實體對象、事件對象以及關(guān)系對象進行數(shù)字空間的虛擬表達以及映射。在此基礎(chǔ)上，依托信息基礎(chǔ)設(shè)施實現(xiàn)數(shù)據(jù)的匯聚、傳輸以及處理，形成數(shù)據(jù)資源，在通用服務(wù)能力的支撐下進一步融合數(shù)字孿生技術(shù)，形成能夠?qū)ν馓峁┑臄?shù)字孿生服務(wù)，并通過交互服務(wù)實現(xiàn)與上層應(yīng)用場景的融合。同時，需提供立體化安全管理以及全生命周期的運營管理，保障數(shù)字空間各類資產(chǎn)以及服務(wù)的安全高效運行。Sys28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

數(shù)字孿生城市典型應(yīng)用場景Sys28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

1. 城市規(guī)劃在城市規(guī)劃領(lǐng)域，構(gòu)建總規(guī)、控規(guī)、專規(guī)、城市設(shè)計、地下空間設(shè)計等全要素、全空間的城市規(guī)劃模型，依據(jù)規(guī)劃建設(shè)容量，以定量與定性方式，基于專題分析、模擬仿真、動態(tài)評估、深度學(xué)習等方法，對城市虛擬規(guī)劃和場景仿真模擬，實時動態(tài)性監(jiān)管城市開發(fā)和城市生長更新的整體規(guī)劃實施情況。提出市域城鄉(xiāng)統(tǒng)籌發(fā)展戰(zhàn)略，保證規(guī)劃建筑、綠地、公路、橋梁、公共設(shè)施等每一寸土地時實現(xiàn)綜合效益的最優(yōu)化，推動城市規(guī)劃有的放矢提前布局。Sys28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

2. 智慧園區(qū)園區(qū)作為城市的核心單元，智慧園區(qū)建設(shè)已成為當今城市規(guī)劃和社會發(fā)展的關(guān)注焦點，也是產(chǎn)業(yè)園區(qū)和社區(qū)發(fā)展的必然趨勢。基于城市數(shù)字孿生感知化、互聯(lián)化、平臺化、一體化的手段，實時接入園區(qū)IoT 設(shè)備、資產(chǎn)、能源、設(shè)施及環(huán)境等數(shù)據(jù)，建立基于園區(qū)實時運行狀況的數(shù)字孿生場景，融合園區(qū)數(shù)字孿生、運用管理、業(yè)務(wù)管理為一體，實現(xiàn)對園區(qū)總體情況、設(shè)備運維、物業(yè)管理、安全管控、運營服務(wù)等全要素、全流程可查、可管、可控、可追溯，打造“安全、智慧、綠色”的園區(qū)，提升園區(qū)的社會和經(jīng)濟價值，開創(chuàng)智慧園區(qū)的立體多維管理新模式，從而實現(xiàn)園區(qū)經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的目標。Sys28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

隨著數(shù)字孿生技術(shù)的發(fā)展趨勢在未來幾年加快，越來越多的企業(yè)開始使用數(shù)字孿生技術(shù)優(yōu)化流程，實時做出數(shù)據(jù)庫決策，并開始尋找修訂新產(chǎn)品、服務(wù)和商業(yè)模式的機會。在制造業(yè)、公用事業(yè)、能源等資本密集型產(chǎn)業(yè)中，成為數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用的先驅(qū)。如果早期的實踐者在各個行業(yè)領(lǐng)域表現(xiàn)出先發(fā)優(yōu)勢的話，其他企業(yè)也緊隨其后。從長遠來看，要實現(xiàn)數(shù)字孿生技術(shù)的所有潛力，可能需要整合整個生態(tài)圈的系統(tǒng)和數(shù)據(jù)。建立完整的客戶生命周期或供應(yīng)鏈數(shù)字模擬，提供有洞察力的宏觀運營觀點，包括一線供應(yīng)商及其自身供應(yīng)商，但仍需要將外部實體集成到內(nèi)部數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)中。今天，大多數(shù)公司仍然不滿意點對點連接以外的外部整合。克服這種猶豫也許是一個長期的挑戰(zhàn)，但最終所有的付出都是值得的。將來，企業(yè)希望利用塊鏈打破信息孤島，驗證信息并輸入數(shù)字孿生。這將釋放以前無法訪問的大量數(shù)據(jù)，使模擬更加詳細、動態(tài)化和潛在價值。Sys28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com