過(guò)去6年多的數(shù)字化繁榮帶來(lái)了一些真正令人興奮的新技術(shù)概念。“數(shù)字孿生”就是這樣一種概念，引起了廣泛的興趣，根據(jù)Google搜索統(tǒng)計(jì)，它甚至在諸如“工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)”或“物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)”之類的被廣泛搜索的主題中甚至超過(guò)了一般搜索興趣。
什么是數(shù)字孿生？
數(shù)字雙胞胎已經(jīng)存在許多定義，但是沒(méi)有公認(rèn)的定義。
例如，西門子將Digital Twins定義為“一種物理產(chǎn)品或過(guò)程的虛擬表示形式，用于理解和預(yù)測(cè)物理對(duì)手的性能特征”。
Dassault Systems的觀點(diǎn)更為narrow，并將Digital Twin技術(shù)定義為“所生產(chǎn)產(chǎn)品的虛擬表示”。
IBM將范圍限制為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并將其定義為“物理對(duì)象或系統(tǒng)在其整個(gè)生命周期中的虛擬表示，使用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)理解，學(xué)習(xí)和推理。”
大多數(shù)定義中的共同點(diǎn)是“數(shù)字孿生”是“物理系統(tǒng)屬性和/或行為的數(shù)字抽象或表示”。
數(shù)字孿生技術(shù)的250個(gè)分類
可以將數(shù)字雙胞胎分為3個(gè)主要維度：
Digital Twin應(yīng)用于的層次級(jí)別（已識(shí)別6個(gè)級(jí)別）
使用Digital Twin的生命周期階段（確定了6個(gè)階段）
Digital Twin的用途（確定了7種最常見(jiàn)的用途）
6個(gè)級(jí)別，6個(gè)階段和7個(gè)最常用的用途（6x6x7 = 252）有252種潛在組合，所有這些組合都描述了Digital Twin的不同分類。
最終的數(shù)字孿生立方體 解釋了為什么用于“設(shè)計(jì)階段的產(chǎn)品仿真”的數(shù)字副本與“制造過(guò)程中的工藝參數(shù)預(yù)測(cè)”完全不同的原因。兩者都稱為Digital Twin，但只有有限的重疊。
應(yīng)該注意的是，可以增加第四個(gè)維度來(lái)描述數(shù)字孿生用例中使用的數(shù)據(jù)類型。一個(gè)人可以利用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，歷史數(shù)據(jù)或簡(jiǎn)單地測(cè)試數(shù)據(jù)。為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，這沒(méi)有可視化。
數(shù)字孿生技術(shù)的3個(gè)維度
維度1：層次級(jí)別
數(shù)字孿生有6個(gè)層次級(jí)別。
信息性：信息的數(shù)字表示形式，例如數(shù)字格式的操作手冊(cè)。
組件：物理對(duì)象的各個(gè)組件或部分的數(shù)字表示形式，例如，機(jī)械臂中螺栓或軸承的虛擬表示形式。
產(chǎn)品：組件/零件在產(chǎn)品級(jí)別協(xié)同工作時(shí)的互操作性的數(shù)字表示，例如旋轉(zhuǎn)機(jī)械臂的虛擬表示。
流程：數(shù)字表示可用于操作和維護(hù)不同產(chǎn)品的整個(gè)團(tuán)隊(duì)，這些產(chǎn)品可以協(xié)同工作以在流程級(jí)別上獲得結(jié)果，例如制造生產(chǎn)線流程的虛擬表示。
系統(tǒng)：將多個(gè)流程和工作流程結(jié)合在一起的數(shù)字表示，不僅限于物理對(duì)象，還可以在系統(tǒng)級(jí)別上優(yōu)化操作，例如整個(gè)制造系統(tǒng)的虛擬表示。
多系統(tǒng)：作為一個(gè)統(tǒng)一實(shí)體一起工作的多個(gè)系統(tǒng)的數(shù)字表示，以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方式（例如虛擬代表）實(shí)現(xiàn)前所未有的洞察，測(cè)試和監(jiān)視關(guān)鍵業(yè)務(wù)指標(biāo)。幾個(gè)協(xié)同工作的系統(tǒng)，例如工業(yè)制造，供應(yīng)鏈，交通控制，通信，HR等系統(tǒng)。
維度2：生命周期階段
應(yīng)用數(shù)字孿生系統(tǒng)有6個(gè)生命周期階段。
設(shè)計(jì)：在設(shè)計(jì)階段，收集需求并開(kāi)發(fā)一個(gè)或多個(gè)設(shè)計(jì)（例如，針對(duì)組件，產(chǎn)品，過(guò)程或系統(tǒng)），顯然可以實(shí)現(xiàn)所需的結(jié)果，例如，使用數(shù)字孿生子作為所有事物的來(lái)源可以建立虛擬表示的數(shù)據(jù)，例如對(duì)象屬性和參數(shù)值。
構(gòu)建：構(gòu)建階段采用前面概述的代碼要求，并使用這些要求來(lái)構(gòu)建實(shí)際的基于軟件的數(shù)字孿生。此階段還涵蓋數(shù)據(jù)管理，配置設(shè)置，存儲(chǔ)庫(kù)管理和報(bào)告，例如使用數(shù)字孿生虛擬構(gòu)建和仿真原型，而無(wú)需構(gòu)建成本更高的物理對(duì)應(yīng)物進(jìn)行測(cè)試。
操作：操作階段是實(shí)際用戶在活動(dòng)部署中開(kāi)始使用在線數(shù)字雙胞胎時(shí)。典型的操作任務(wù)包括遠(yuǎn)程提取傳感器數(shù)據(jù)或協(xié)調(diào)設(shè)備，例如使用數(shù)字孿生從生產(chǎn)線中旋轉(zhuǎn)的機(jī)械臂提取實(shí)時(shí)傳感器數(shù)據(jù)或通過(guò)無(wú)線方式更新設(shè)備配置。
維護(hù)：維護(hù)階段包括更改硬件，軟件和文檔以支持其運(yùn)行效率。它包括進(jìn)行更改以糾正問(wèn)題，增強(qiáng)安全性或滿足用戶要求，例如使用數(shù)字孿生機(jī)執(zhí)行常規(guī)維護(hù)任務(wù)，例如發(fā)送OTA更新以進(jìn)行系統(tǒng)配置或網(wǎng)絡(luò)安全。
優(yōu)化：優(yōu)化階段需要使用現(xiàn)有功能信息和統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行容差。這可以用來(lái)改善詳細(xì)設(shè)計(jì)元素的開(kāi)發(fā)，預(yù)測(cè)性能并優(yōu)化操作，例如使用數(shù)字孿生來(lái)運(yùn)行大量測(cè)試，這些測(cè)試可以產(chǎn)生有助于預(yù)測(cè)未來(lái)性能和故障的見(jiàn)識(shí)。
退役：退役階段涉及從使用中移除數(shù)字孿生釋放器。該活動(dòng)也稱為系統(tǒng)退役或系統(tǒng)停用，例如，使用數(shù)字孿生來(lái)遠(yuǎn)程停用不再使用的設(shè)備，然后停用相應(yīng)的數(shù)字孿生。
維度3：最常見(jiàn)的用途
數(shù)字雙胞胎有多種用途，這里重點(diǎn)介紹了7種最常見(jiàn)的用途：
數(shù)字化：任何數(shù)字化信息
可視化：物理對(duì)象的基本數(shù)字表示
模擬：環(huán)境中物理系統(tǒng)的模擬模型
仿真：具有真實(shí)軟件的物理系統(tǒng)仿真模型
提取：物理到虛擬系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流的提取模型
編排：用于虛擬控制/更新物理設(shè)備的編排模型
預(yù)測(cè)：用于預(yù)測(cè)物理系統(tǒng)未來(lái)行為的預(yù)測(cè)模型
分類的典型Digital Twin示例
盡管根據(jù)立方體模型在技術(shù)上有252種不同的數(shù)字雙胞胎分類，但實(shí)際上并不是所有的同等分類都經(jīng)常出現(xiàn)。我們對(duì)30多個(gè)Digital Twin案例研究的分析表明，以下3種是最常見(jiàn)的Digital Twin技術(shù)用途。
1.產(chǎn)品 x 設(shè)計(jì) x 可視化：
公司通常在設(shè)計(jì)階段使用Digital Twin技術(shù)對(duì)其產(chǎn)品進(jìn)行可視化，以節(jié)省開(kāi)發(fā)最佳設(shè)計(jì)的時(shí)間，并通過(guò)構(gòu)建更少的物理原型來(lái)節(jié)省成本。例如，對(duì)新型自動(dòng)包裝機(jī)的虛擬機(jī)電設(shè)計(jì)模型進(jìn)行可視化。
2.流程x構(gòu)建x模擬：
許多公司使用Digital Twin技術(shù)在構(gòu)建階段模擬其過(guò)程，以便在將過(guò)程更新（或新過(guò)程）發(fā)布到生產(chǎn)中之前測(cè)試和驗(yàn)證所有集成產(chǎn)品是否按預(yù)期進(jìn)行對(duì)齊和工作。例如，對(duì)電廠中正在推廣的新流程的仿真。
3.多系統(tǒng)x優(yōu)化x預(yù)測(cè)：
這些公司還經(jīng)常使用Digital Twin技術(shù)在優(yōu)化階段預(yù)測(cè)多系統(tǒng)結(jié)果，以便基于微調(diào)和調(diào)整當(dāng)前參數(shù)來(lái)預(yù)測(cè)性能改進(jìn)。例如，醫(yī)院中操作場(chǎng)景和工作流程的預(yù)測(cè)和優(yōu)化。
數(shù)字孿生的252個(gè)形態(tài)，相似又有差別。
