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數字孿生作為產業數字化核心技術之一，正成為當下數字技術領域的焦點，其商業模式、應用場景、技術變革、產業趨勢等正成為當前政產學研用各界關注的熱點。
一、什么是數字孿生？
簡單來說，數字孿生就是通過3D測繪、幾何建模、流程建模等建模技術，完成物理對象的數字化，構建出相應的機理模型。
其中，建模技術是用幾何概念描述對象的物理形狀，能夠將物理對象的實體形狀映射到虛擬空間，并配合渲染等實現更好的展示和交互;
機理模型根據對象內部機制或者物質流的傳遞機理建立精確模型，主要是已知物理規律和經驗的表征。
二、數字孿生的五維模型
數字孿生的首要任務是創建應用對象的數字孿生模型。Grieves教授最初定義了數字孿生三維模型，即物理實體、虛擬實體及二者間的連接。北京航空航天大學數字孿生技術研究所在數字孿生三維模型的基礎上，增加了孿生數據和服務兩個新維度，使數據孿生可以進一步在更多領域落地應用。
而這就是數字孿生的五維模型MDT=（PE,VE,Ss,DD,CN）。
· 物理實體（PE）
物理實體是數字孿生五維模型的基礎，主要包括各子系統具備不同的功能，共同支持設備的運行以及傳感器采集設備和環境數據。對物理實體的準確分析與有效維護是建立數字孿生模型的前提。
· 虛擬實體（VE）
虛擬實體模型包括幾何模型、物理模型、行為模型和規則模型，從多時間尺度、多空間尺度對物理實習進行描述和刻畫，形成對物理實體的完整映射。可使用VR與AR技術實現虛擬實體與物理實體虛實疊加及融合顯示，增強虛擬實體的沉浸性、真實性及交互性。
· 服務（Ss）
服務對數字孿生應用過程中面向不同領域、不同層次用戶、不同業務所需的各類數據、模型、算法、仿真、結果等進行服務化封裝，并以應用軟件或移動端App的形式提供給用戶，實現對服務的便捷與按需使用。
· 孿生數據（DD）
孿生數據是數字孿生的驅動，集成融合了信息數據與物理數據，滿足信息空間與物理空間的一致性與同步性需求，能提供更加準確、全面的全要素/全流程/全業務數據支持。
· 連接（CN）
連接模型包括連接使物理實體、虛擬實體、服務在運行中保持交互、一致與同步以及連接使物理實體、虛擬實體、服務產生的數據實時存入孿生數據，并使孿生數據能夠驅動三者運行。
三、數字孿生的優勢
1.優化性能 ：數字孿生提供物理資產或系統的整體視圖，使企業能夠實時監控和優化其性能。通過分析從傳感器收集的數據，企業可以識別效率低下的情況，預測維護需求，并做出數據驅動的決策，以提高整體運營效率。
2.減少停機時間 ：通過持續監控物理資產或系統的狀況，數字孿生可以幫助在潛在問題升級為重大問題之前發現它們。這使企業能夠主動滿足維護需求，最大限度地減少計劃外停機，并確保平穩運營。通過預測和預防故障，企業可以節省時間、資源和成本。
3.提高效率 ：數字孿生可以深入了解資產或系統的利用方式，從而實現優化和效率提高。通過分析實時數據，企業可以識別效率低下的領域，消除瓶頸，并最大限度地提高資源利用率。這可以提高生產力、減少浪費并提高整體效率。
4.增強決策能力 ：數字孿生為企業提供了大量數據驅動的見解，可以為決策過程提供信息。通過分析實時和歷史數據，企業可以更深入地了解資產績效、客戶行為和市場趨勢。這使利益相關者能夠做出明智的決策、優化流程并推動創新。
5.節省成本 ：數字孿生可以幫助企業以多種方式降低成本。通過優化資產性能、最大限度地減少停機時間并提高效率，企業可以避免與維修、維護和中斷相關的不必要費用。此外，數字孿生中的預測分析功能使企業能夠優化資產生命周期管理，從而長期節省成本。
6.增強安全和風險管理 ：數字孿生提供的實時監控和分析有助于增強安全和風險管理。通過檢測異常情況和潛在風險，企業可以采取主動措施，在其構成危險之前以減輕。這對于制造、醫療保健和運輸等行業尤其有利，因為安全和風險管理是這些行業的關鍵因素。
四、數字孿生的行業應用
· 城市規劃
通過數字孿生技術可以建立城市的虛擬模型，而數據可視化則可以將城市的交通流量、環境指標等數據以直觀的方式展示，幫助決策者更好地進行城市規劃和管理。
· 制造業
數字孿生可以模擬產品的生產過程和性能，而數據可視化可以將生產數據以可視化的方式呈現，助力制造商優化生產流程和提升產品質量。
· 醫療領域
數字孿生可以模擬人體器官和疾病發展過程，數據可視化則可以將患者的健康數據以圖表形式展示，幫助醫生做出更精準的診斷和治療方案。
五、數字孿生的未來
數字孿生是對物理世界時空維度的“全息化”重構，是從宏觀到微觀的多尺度融合，是多要素的疊加，是將物理世界變為可感知、可計算、可交互的基礎。
同時隨著數據驅動的機器學習方法的發展，以及物聯網技術使得更多的物理要素實現數字化，融合機器學習、多尺度建模以及分布式計算技術，為解決大規模、多尺度數字李生的建模、仿真模擬和可視化提供了無約束創新的潛力，也為系統自身具備可持續進化提供了無限可能。
