数字孪生发展背景“孪生”的概念起源于美国国家航空航天局的“阿波罗计划”,即构建两个相同的航天飞行器,其中一个发射到太空执行任务,另一个留在地球上用于反映太空中航天器在任务期间的工作状态,从而辅助工程师分析处理太空中出现的紧急事件。当然,这里的两个航天器都是真实存在的物理实体 。

2003年美国密歇根大学教授Michael Grieves博士最早提出数字孪生概念:物理产品的数字等同体或数字孪生体概念。至此,数字孪生的基本思想已经有所体现,即在虚拟空间构建的数字模型与物理实体交互映射,忠实地描述物理实体全生命周期的运行轨迹。

2011年3月美国空军研究实验室首次提出“Digital Twin”一次,并明确了狭窄定义是:集成了多物理量、多尺度、多概率的系统或飞行器仿真过程。

2012年起美国通用电气公司在为美国国防部提供F-35联合攻击机解决方案的时候,利用了数字孪生体的价值:基于状态的维护+结构完整性&战斗机机体数字孪生;2015年,国务院公布《中国制造2025》,强调信息化和工业化深度融合,引领制造方式的变革;截至2018年, GE已经拥有120万个数字孪生体正在服役:已经为每个引擎、每个涡轮、每台核磁共振创造了一个数字孪生体;2019年至今,“数字孪生”这一术语已经被Gartner列为2019年十大战略性技术趋势之一。

数字孪生行业应用近年来,数字孪生得到越来越广泛的传播。同时,得益于物联网、大数据、云计算、人工智能等新一代信息技术的发展,数字孪生的实施已逐渐成为可能。现阶段,除了航空航天领域,数字孪生还被应用于电力、船舶、城市管理、农业、建筑、制造、石油天然气、健康医疗、环境保护等行业。特别是在智能制造领域,数字孪生被认为是一种实现制造信息世界与物理世界交互融合的有效手段。

数字孪生的本质: 发挥数字与物理世界的交互融合的价值