什么是數字孿生？與仿真技術的區別在哪？

1 什么是數字孿生

數字孿生的概念最早由美國密歇根大學教授Michael Grieves于2003年提出，最初被命名為“信息鏡像模型”(Information Mirroring Model)，而后不同領域及行業的研宄機構和學者開展了不同程度的研宄，數字孿生的概念逐漸得到完善。

現在廣泛認同的定義是數字孿生是指現有或未來物理對象的數字模型，通過實際測量、模擬和數據分析，實時感知、診斷和預測物理對象的狀態，通過優化和指令調整物理對象的行為，通過相關數字模型之間的相互學習進行自我進化，并在物理對象的生命周期內改善利益相關者的決策。數字孿生需要具備幾個要素：1)真實物理實體;2)虛擬數字模型;3)物理實體與虛擬模型之間的信息交互。

2 數字孿生的結構模型

數字孿生的五要素構成了數字孿生的結構模型。應用數字孿生時，首先應根據應用需求和應用對象對物理實體進行分析，在此基礎上構建相應的虛擬數字孿生模型，然后建立交互連接，實現虛實和服務系統之間的數據交互，利用大數據技術實現孿生數據的融合和分析，最后為用戶提供所需的應用服務系統。

而數字孿生應用應遵循以下準則：“物理實體”是應用載體，整個數字孿生的應用都立足于物理實體，其它各部分構成要素均受制于物理實體，跟隨物理實體運行，從而實現數字孿生;“虛擬模型”是各構成要素中最關鍵的核心，它實時緊跟物理實體，保證各構成要素功能的實現;“交互連接”是將各構成部分連接成一個有機整體的拓撲網絡，實現各要素之間的信息雙向交互;“孿生數據”是維持數字孿生系統正常運行的“血液”，驅動整個系統運轉;“服務系統”負責計算和應用，提供數據分析工具，幫助使用者決策和判斷。

3 數字孿生與仿真技術的區別

仿真技術是將包含了確定性規律的模型轉化成仿真軟件的方式來模擬物理世界的一種技術，其目的是依靠正確的模型、完整的信息和環境數據，反映物理世界的特性和參數。傳統的仿真技術，如數值仿真、統計仿真、系統仿真、基于精益系統的仿真等，都是以離線的、獨立的、特定階段的方式來模擬物理世界，不具備分析和優化物理實體的功能。

仿真技術可以在虛擬空間建立物理空間實體的模型映射，是創建和運行數字孿生的核心技術，是數字孿生實現數據交互與融合的基礎。云計算、物聯網、人工智能、大數據等技術的高速發展，極大地推動了仿真技術的發展，使仿真技術和數字孿生的融合成為可能。

數字孿生需要依靠包括仿真、實測、數據分析在內的手段對物理實體狀態進行感知、診斷和預測，通過對虛擬孿生模型的仿真模擬找到最優解，然后依據最優解得到的決策由虛擬空間向真實物理空間提供回饋，進而優化物理實體，同時進化自身的數字模型，實現真實物理空間和虛擬數字空間之間不斷的循環迭代。因此數字孿生需要用到的仿真是高頻次、不斷迭代演進的，而且伴隨產品的全生命周期，在此基礎上實現數字孿生的保真性、實時性與閉環性的特征。

參考文獻：高學偉《數字孿生建模方法及其在熱力系統優化運行中的應用研究》

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