“數(shù)字孿生”這個術(shù)語由邁克爾·格里夫（Michael Grieves）教授在美國密歇根大學(xué)任教時首先提出。2002年12月3日，他在該校“PLM開發(fā)聯(lián)盟”成立時的講稿中首次圖示了“數(shù)字孿生”的概念內(nèi)涵，2003年他在講授PLM課程時使用了“Digital Twin（數(shù)字孿生）”，在2014年他撰寫的“數(shù)字孿生：通過虛擬工廠復(fù)制實現(xiàn)卓越制造（Digital Twin:Manufacturing Excellence through Virtual Factory Replication）”文章中進(jìn)行了較為詳細(xì)的闡述，奠定了數(shù)字孿生的基本內(nèi)涵。
在維基百科上，數(shù)字孿生（Digital Twin）的定義是“出于各種目的將實物資產(chǎn)進(jìn)行計算機(jī)輔助應(yīng)用。從安裝在實物上的傳感器獲得數(shù)據(jù)，來表示出實物的實時狀態(tài)、工況或者位置。數(shù)字孿生也可被用于監(jiān)控、診斷和預(yù)測等應(yīng)用。”并給出了基于“準(zhǔn)確度”和“基于實物-統(tǒng)計”的四個發(fā)展方向（如下圖）。
（圖片來自于維基百科網(wǎng)頁）
相比起上面這個定義，百度百科上采用的是美國國防采辦大學(xué)的定義，描述的更為詳盡一些：數(shù)字孿生是充分利用物理模型、傳感器更新、運(yùn)行歷史等數(shù)據(jù)，集成多學(xué)科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過程，在虛擬空間中完成映射，從而反映相對應(yīng)的實體裝備的全生命周期過程。數(shù)字孿生是一種超越現(xiàn)實的概念，可以被視為一個或多個重要的、彼此依賴的裝備系統(tǒng)的數(shù)字映射系統(tǒng)。
數(shù)字孿生是個普遍適應(yīng)的理論技術(shù)體系，可以在眾多領(lǐng)域應(yīng)用，目前在產(chǎn)品設(shè)計、產(chǎn)品制造、醫(yī)學(xué)分析、航空航天、工程建設(shè)等領(lǐng)域應(yīng)用較多。例如：數(shù)字孿生已經(jīng)被用來驗證和調(diào)節(jié)汽車自動剎車系統(tǒng)、維修和診斷航空發(fā)動機(jī)、重新調(diào)整控制器以適應(yīng)性能下降的宇航推進(jìn)器，以及大量的工廠車間數(shù)字孿生模型應(yīng)用。目前在國內(nèi)應(yīng)用最深入的是工程建設(shè)領(lǐng)域，關(guān)注度最高、研究最熱的是智能制造領(lǐng)域。
古人發(fā)明了象棋用來模擬推演戰(zhàn)爭、用觀看星象來占卜未來；今人可以利用高度量化的數(shù)字孿生技術(shù)來模擬或推演物理場景，目的都是為了更為高效和低成本地進(jìn)行直觀布局、推演和預(yù)測。其實數(shù)字孿生技術(shù)已經(jīng)廣泛在我們身邊進(jìn)行著應(yīng)用，例如最近令國人無比驕傲的嫦娥五號登月，我們在電視新聞里看到的飛行器所有空中姿態(tài)鏡頭都是數(shù)字孿生出來的仿真圖像，并非實際攝像鏡頭。
在工業(yè)領(lǐng)域，目前有被廣泛認(rèn)同的三類工業(yè)化數(shù)字孿生定義，即產(chǎn)品設(shè)計數(shù)字孿生（Digital Product Twins）、生產(chǎn)流程數(shù)字孿生（Digital Production Twins）和設(shè)備運(yùn)維數(shù)字孿生（Digital Performance Twins）?；诋a(chǎn)品的全壽命周期，數(shù)字孿生技術(shù)可以貫穿始終，并將所有記錄都實現(xiàn)數(shù)字化，集成在PLM（Product Lifecycle Management）產(chǎn)品全壽命周期管理系統(tǒng)平臺中進(jìn)行知識管理。于是自然形成了智能化設(shè)備、邊緣計算系統(tǒng)、OT（Operational Technology）運(yùn)營技術(shù)系統(tǒng)與IT信息化系統(tǒng)相互數(shù)據(jù)融合，這才能夠真正意義上實現(xiàn)制造業(yè)升級，幫助制造業(yè)企業(yè)向最終用戶更好地服務(wù)，創(chuàng)造新的價值空間。
（圖片來自于Matlab Expo 2019）
大約從2014年開始，西門子、達(dá)索、PTC、ESI、ANSYS等知名工業(yè)軟件公司，都在宣傳中使用“Digital Twin”這一名詞，并陸續(xù)在技術(shù)構(gòu)建、概念內(nèi)涵上做了很多深入研究和拓展。在技術(shù)應(yīng)用方面，美國波音公司率先為F-15C型飛機(jī)創(chuàng)建了數(shù)字孿生體，不同工況條件、不同場景的模型都可以在數(shù)字孿生體上加載，每個階段、每個環(huán)節(jié)都可以衍生出一個或多個不同的數(shù)字孿生體，從而對飛機(jī)進(jìn)行全生命周期各項活動的仿真分析、評估和決策，讓物理產(chǎn)品獲得更好的可制造性、裝配性、檢測性和保障性（如下圖）。
（圖片來自于百度）
由于我國在工業(yè)設(shè)計軟件自主開發(fā)方面的全面落后，目前我們在國內(nèi)看到的所謂“數(shù)字孿生”，十分缺乏在設(shè)計階段和運(yùn)維中的實際應(yīng)用，比較多的都是出現(xiàn)在生產(chǎn)場景，例如車間現(xiàn)場和設(shè)備的靜態(tài)虛擬模型搭建，然后將模型展示在監(jiān)控中心的大屏上，再顯示一些報警信息和結(jié)構(gòu)化報表。這種信息化項目的投入往往很難得到中層管理人員的認(rèn)同和理解，因為可視化只是數(shù)字孿生的一個組成部分，已經(jīng)十分了解業(yè)務(wù)情況的中層管理人員和基層操作人員并未能從信息可視化中獲得足夠多的業(yè)務(wù)支持。有價值的數(shù)字化項目投入應(yīng)該符合企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略，聚焦在新技術(shù)如何給企業(yè)賦能，整體實現(xiàn)企業(yè)在價值鏈不同環(huán)節(jié)的能力提升，促進(jìn)敏捷性組織重構(gòu)，從而對業(yè)務(wù)產(chǎn)生實際價值。
一般來說，成功實現(xiàn)數(shù)字孿生技術(shù)的企業(yè)都有一個雄心勃勃的發(fā)展愿景，內(nèi)部文化積極向上，極端重視現(xiàn)代化管理人才培養(yǎng)，特別是培養(yǎng)大量的跨專業(yè)的數(shù)字化人才，并堅持持續(xù)投入企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略。而許多企業(yè)在數(shù)字化轉(zhuǎn)型過程中過于關(guān)注IT系統(tǒng)本身孰優(yōu)孰劣，或者實施團(tuán)隊哪家更強(qiáng)，往往忽視了內(nèi)部的戰(zhàn)略規(guī)劃、文化氛圍和人才機(jī)制。其實，企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型要轉(zhuǎn)的不止是“系統(tǒng)”，而是企業(yè)“基因”。只有“轉(zhuǎn)基因”成功，才能更好地響應(yīng)習(xí)近平總書記多次強(qiáng)調(diào)的“善于化危為機(jī)，抓住產(chǎn)業(yè)數(shù)字化、數(shù)字產(chǎn)業(yè)化賦予的機(jī)遇”。
目前全球都處于數(shù)字化轉(zhuǎn)型迅猛發(fā)展階段，主要任務(wù)是將現(xiàn)實世界中的“人財物”更為廣泛地變成可量化的、結(jié)構(gòu)化的、計算機(jī)更容易讀懂的數(shù)據(jù)，數(shù)字孿生技術(shù)的發(fā)展主要依靠企業(yè)希望提升運(yùn)營效率和業(yè)績來驅(qū)動。而在未來，隨著資源越發(fā)稀缺，企業(yè)對設(shè)備資產(chǎn)全壽命管理表現(xiàn)出足夠重視，設(shè)備的運(yùn)維和改造升級項目將以近乎零成本對這些數(shù)字孿生體進(jìn)行虛擬測試和反復(fù)迭代，這樣可以大幅度減少對物理實體測試環(huán)境的依賴和損耗，減少或避免可能出現(xiàn)的環(huán)境污染或人體傷害。最終通過一兩次迭代就能實現(xiàn)對實體機(jī)器設(shè)備的改進(jìn)。因此，數(shù)字孿生技術(shù)突破的領(lǐng)域?qū)⒏訉拸V，結(jié)合AI、VR/AR、量子計算機(jī)、3D打印等高科技必定會催生出多個獨角獸巨星公司，同時也會給我們的世界帶來難以想象的變化。呂克貝松拍攝的電影《超體LUCY》離我們真的不會太過遙遠(yuǎn)，DC動畫片《超能陸戰(zhàn)隊Big Hero》里的一幕幕場景也都會變成現(xiàn)實......
