1.3.1 数字孪生的概念

1.3.1数字孪生的概念LOGO1.3.1数字孪生的概念1.数字孪生的定义

数字孪生也称为数字双胞胎（DigitalTwin），简单来说，它是指针对物理世界中的物体，通过数字化的手段构建一个在数字世界中一模一样的实体，借此来实现对物理实体的了解、分析和优化（见图1-28）。（PhysicalSystem：物理系统，Makingdatavaluable：让数据更有价值，Data：数据，Insights：洞察力，DigitalTwin：数字孪生，VirtualModel：虚拟模型，Planning：计划，Design：设计，Construction：构建，Maintenance：运维，Operations：决策）图1-28数字孪生的概念图1.数字孪生的定义

具体来讲，数字孪生集成了人工智能和机器学习等技术，将数据、算法和决策分析结合在一起，建立模拟（即物理对象的虚拟映射），监控物理对象在虚拟模型中的变化，基于人工智能的多维数据处理与异常诊断，预测潜在风险，在问题发生之前先发现问题，合理有效地规划、决策或对相关设备进行维护。2.数字孪生的技术架构

数字孪生包括数据保障层、建模计算层、功能层和沉浸式体验层四层架构，每一层的实现都建立在前面各层的基础上，是对前面各层功能的丰富和拓展。（1）数据保障层：数据保障层是整个数字孪生技术体系的基础，支撑着整个上层体系的运作，主要由高性能传感器数据采集、高速数据传输和全生命周期数据管理构成。2.数字孪生的技术架构（2）建模计算层：建模计算层主要由建模算法和一体化计算平台两部分构成，建模算法部分充分应用机器学习和人工智能领域的技术方法实现系统数据的深度特征提取和建模，通过采用多物理、多尺度的方法对传感数据进行多层次的解析，挖掘和学习其中蕴含的相互关系、逻辑关系和主要特征，实现对系统的超现实状态表征和建模，并预测系统未来状态和寿命，依据当前和未来的健康状态评估其任务成功的可能性。2.数字孪生的技术架构（3）功能层：功能层面向实际的系统设计、生产、使用和维护需求提供相应的功能，包括多层级系统寿命估计、系统集群执行任务能力的评估、系统集群维护保障、系统生产过程监控及系统辅助决策等功能。2.数字孪生的技术架构（4）沉浸式体验层：沉浸式体验层为使用者提供了良好人机交互使用环境，让使用者能获得身临其境的技术体验，从而迅速了解和掌握复杂系统的特性和功能，能快捷地通过语音和肢体动作访问功能层提供的信息，获得分析和决策方面的信息支持。3.数字孪生的商业价值

随着数字孪生技术得到各领域认可，许多科技企业已经着手研发数字孪生技术并推出了相关产品，这些产品在落地应用中不断升级优化，在提升产品绩效、加快设计周期、发掘新的潜在收入来源，以及优化保修成本管理等方面为企业带来了巨大商业价值。（1）质量方面：提升产品整体质量，预测并快速发现质量缺陷；（2）保修成本与服务方面：优化服务效率，判断保修与索赔问题，降低总体保修成本；（3）运营成本方面：改善产品设计，减少操作与流程变化，降低运营成本；（4）产品追溯方面：创建数字档