數字孿生髮展背景
● 2003年，關於數字孿生（Digital Twin）的設想首先出現於Grieves教授在美國密西根大學的產品生命全週期管理課程上。儘管當時“Digital Twin”一詞還未正式提出，但其基本思想已經有所體現，即在虛擬空間構建的數字模型與物理實體互動對映，忠實地描述物理實體全生命週期的執行軌跡。
● 2010年，“Digital Twin”一詞在NASA的技術報告中被正式提出，並被定義為“集成了多物理量、多尺度、多機率的系統或飛行器模擬過程”；2011年，美國空軍探索了數字孿生在飛行器健康管理中的應用，並詳細探討了實施數字孿生的技術挑戰；
2012年，NASA和美國空軍聯合發表了數字孿生論文，指出數字孿生是驅動未來飛行器發展的關鍵技術之一。
● 近年來，數字孿生得到越來越廣泛的傳播。同時得益於物聯網、大資料、雲計算、AI等新一代資訊科技的發展，數字孿生的實施已逐漸成為可能。現階段，除航空航天領域，
數字孿生已經被廣泛應用於諸多領域。特別是智慧製造領域
，數字孿生被認為是一種實現製造資訊世界與物理世界互動融合的有效手段。
數字孿生概念定義
● 標準化組織中的定義：
數字孿生是具有資料連線的特定物理實體或過程的數字化表達，該資料連線可以保證物理狀態和虛擬狀態之間的同速率收斂，並提供物理實體或流程過程的整個生命週期的整合檢視，有助於最佳化整體效能。
● 學術界的定義：
數字孿生是以數字化方式建立物理實體的虛擬實體，藉助歷史資料、實時資料以及演算法模型等，模擬、驗證、預測、控制物理實體全生命週期過程的技術手段。（陶飛、劉蔚然等）
● 企業界的定義：
數字孿生是資產和流程的軟體表示，用於理解、預測和最佳化績效以實現改善的業務成果。數字孿生有三部分組成：資料模型，一組分析或演算法，以及知識。（通用電氣，什麼是數字孿生）
數字孿生重要概念
● 數字孿生生態系統
數字孿生生態系統由基礎支撐層、資料互動層、模型構建與模擬分析層、共性應用層和行業應用層組成。
● 數字孿生生命週期過程
數字孿生中虛擬實體的生命週期包括起始、設計和開發、驗證與確認、部署、操作與監控、重新評估和退役，物理實體的生命週期包括驗證與確認、部署、操作與監控、重新評估和回收利用。
值得指出的是，一是虛擬實體在全生命週期過程中與物理實體的相互作用是持續的，在虛擬實體和物理實體共存的階段，兩者應保持相互關聯並相互作用；二是虛擬實體區別於物理實體的生命週期過程中，存在迭代的過程。虛擬實體在驗證與確認、部署、操作與監控、重新評估等環節發生的變化，可以迭代反饋至設計和開發環節。
● 數字孿生功能視角
從數字孿生功能視角，可以看到數字孿生應用需要在基礎設施的支撐下實現。物理世界的產品、服務或過程資料也會同步到虛擬世界中，虛擬世界中的模型和資料會和過程應用進行互動。向過程應用輸入激勵和物理世界資訊，可以得到包括最佳化、預測、模擬、監控、分析等功能的輸出。
。
智慧製造數字孿生應用概述
智慧製造領域數字孿生體系框架主要分為“基礎支撐層”、“資料互動層”、“模型構建層”、“模擬分析層”、“功能層”、“應用層”六個層次。
基礎支撐層
透過感測器檢測獲取物理過程及其環境的關鍵資料；
資料互動層
包含工業現場資料採集、實時數字傳輸（5G將為數字孿生技術的應用提供基礎技術支撐）和互動與協同（虛擬實體實時動態對映物理實體的狀態，在虛擬空間透過模擬驗證控制效果，根據產生的洞察反饋至物理資產和數字流程，形成數字孿生的落地閉環）；
資料建模和模擬層
數字孿生由一個或多個單元級數字孿生按層次逐級複合而成，因此需要對實體物件按照系統層次解耦，進行多尺度的數字孿生建模；目前建立模擬模型主要有基於知識建模、基於機理建模和基於資料建模三種方式，但各有利弊。
工業模擬軟體，主要是指計算機輔助工程CAE（Computer Aided Engineering）軟體。目前中國CAE軟體市場基本被外資產品壟斷，如ANSYS，海克斯康、西門子、達索等。
功能層實現
數字孿生功能實現層是數字孿生系統最核心的功能價值體現，利於資料建模得到的模型和資料分析結果實現預期功能，實時反映物理系統的詳細情況，實現輔助決策，提升物理系統在壽命週期內的效能表現和使用者體驗。已有一些軟體服務商透過提高數字孿生能力提高他們的應用能力，為客戶提供垂直細分市場的解決方案。
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