数字孪生十问：增长你的知识库

1、数字孪生何用？

数字孪生以数字化的形式在虚拟空间中构建了与物理世界一致的高保真模型，通过与物理世界间不间断的闭环信息交互反馈与数据融合，能够模拟对象在物理世界中的行为，监控物理世界的变化，反映物理世界的运行状况，评估物理世界的状态，诊断发生的问题，预测未来趋势，乃至优化和改变物理世界。

数字孪生能够突破许多物理条件的限制，通过数据和模型双驱动的仿真、预测、监控、优化和控制，实现服务的持续创新、需求的即时响应和产业的升级优化。基于模型、数据和服务等各方面的优势，数字孪生正在成为提高质量、增加效率、降低成本、减少损失、保障安全、节能减排的关键技术，同时数字孪生应用场景正逐步延伸拓展到更多和更宽广的领域。数字孪生具体功能、应用场景及作用如表2所示。

表2 数字孪生功能与作用

2、数字孪生适用准则是什么？

企业在应用数字孪生前，面临的首要决策问题是本企业是否需要用数字孪生？是否适用数字孪生？是否值得使用数字孪生？事实上，数字孪生并非适用于所有对象和企业。为辅助企业根据自身情况做出正确决策，本节尝试从产品类型、复杂程度、运行环境、性能、经济与社会效益等不同维度总结数字孪生适用准则，如表3所示，以供参考。

表3 数字孪生适用准则

3、数字孪生需要标准？

数字孪生在落地应用过程中缺乏标准的指导与参考。笔者团队与相关技术标准委员会及应用企业前期共同探索建立了数字孪生标准体系框架，从数字孪生基础共性标准、关键技术

标准、工具/平台标准、测评标准、安全标准、应用标准 6 个方面对数字孪生标准体系进行了研究。但针对所建立的标准体系中各数字孪生具体标准内容，仍需进一步的研究与制定。

此外，据报道，国际标准化组织自动化系统与集成技术委员会（ISO/TC184）正在开展数字孪生构建原则、参考架构、物理制造元素的数字表示、信息互换及数字孪生可视化元素等方面标准研究；IEEE 数字孪生标准工作（IEEEP2806）正在开展智能工厂物理实体的数字化表征与系统架构等相关标准研究；ISO/IEC 信息技术标准化联合技术委员会数字孪生咨询组在数字孪生的术语、标准化需求、相关技术、参考模型等方面开展研究，但尚未有数字孪生具体标准发布。

综上所述，数字孪生的发展与落地应用需标准的指导与参考，数字孪生国际标准的制定是当前各国关注的重点。

4、数字孪生需要商业化工具与平台？

随着数字孪生应用价值逐步显现，越来越多的企业期望利用数字孪生来提高企业效率和改进产品质量。而在实践数字孪生过程中，“使用什么工具/平台来构建和应用数字孪生”是企业所面临的问题。

据报道，已有相关商业工具和平台可支持数字孪生构建和应用，如 MATLAB的 Simulink，ANSYS 的 TwinBuilder，微软的 Azure，达索的 3D Experience等。

但从功能性的角度出发，这些工具和平台大多侧重某一或某些特定维度，当前还缺乏考虑数字孪生综合功能需求的商业化工具和平台。另一方面，从开放性和兼容性的角度出发，相关使能工具/平台主要针对自身产品形成封闭的软件生态，不同工具和平台间模型和数据交互与集成难、协作难，兼容性差，缺乏系统开放、兼容性强的数字孪生构建工具和平台。

此外，因掌握相关的具体数据、流程、工艺、原理等，产品研制者或提供者相对容易实现数字孪生的构建，而第三方（如系统集成商、产品终端用户、产品运营维护者等）在构建数字孪生中存在诸多困难，导致数字孪生的构建成为其应用推广的瓶颈之一。

随着相关技术的发展与产品研发模式的演变，未来构建数字孪生可能不再是困扰用户的关键难题，如龙头企业为提高自身产品的质量与研发效率，未来会要求研制者或提供者在提供产品物理实体的同时，也必须提供相应的数字孪生模型。未来如何基于不同用户提供的数字孪生，针对复杂产品、复杂系统、复杂过程的数字孪生构建需求，实现不同数字孪生的组装与集成将成为一个新的难点，需要相关商业化的数字孪生集成工具与平台支撑。

综上分析，数字孪生的落地与推广应用需功能综合、系统开放与兼容、集成性强的商业化工具和平台的支持。此外，当前还缺乏数字孪生评估与测试的商业化工具和平台。

结束语

任何一个新技术的提出及实践推广过程中，必然面临诸多疑问。数字孪生也一样，当前针对数字孪生存在的疑问与困惑，远不止本文提及和讨论的 10 个。

限于篇幅，本文从数字孪生的认识和理解、研究和技术、应用和实践 3 个角度出发，结合数字孪生学术研究现状统计分析结果，尝试对数字孪生 10 个有关问题进行分析和讨论。以期抛砖引玉，引发不同人士从不同维度、不同需求、不同领域对数字孪生相关问题进行思考和讨论，共同正确认识和理性对待数字孪生。文章内容难免有不妥当之处，恳请国内外专家和同行批评指正。

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