过去6年多的数字化热潮带来了一些真正令人兴奋的新技术概念。数字孪生（又称：数字化双胞胎、Digital Twins）就是这样的一个概念，它获得了广泛的关注。
原文： https://iot-analytics.com/how-the-worlds-250-digital-twins-compare/ 译：数字基座
什么是 “数字孪生”？
如今很多公司都提供 “数字孪生技术”，大家定义有巨大差异。IoT Analytics对 “数字孪生 “进行了深入研究，并发布了一份长达90页的洞察报告。
纵观提供 ” 数字孪生 “技术的公司网站，可以发现，对于 ” 数字孪生 “的定义有很多，但并没有一个公认的定义。
- 西门子将数字双胞胎定义为 “物理产品或工艺的虚拟表示，用于理解和预测物理对应的性能特征”。
- 达索系统公司将数字双胞胎技术定义为 “已生产的产品的虚拟表示”。
- IBM将范围限定为实时数据，并将其定义为 “物理对象或系统在整个生命周期中的虚拟表示，利用实时数据实现理解、学习和推理”。
大多数定义的共同点是， 数字孪生是 “物理系统的属性/行为的数字抽象或表示“。细节中这差异就太大了，可能是一个完全自动化同步，也可能只是一个简单的交互软件。
数字孪生技术的250种分类
IoT Analytics对该课题的研究表明，数字孪生 有3个主要的维度可以划分。
- 数字孪生 的应用层级（6个层级）。
- 数字孪生 的生命周期阶段（6个阶段）。
- 数字孪生 的用途（7种最常见的用途）。
6个层级、6个阶段、7个最常用的用途（6x6x7=252），一共有252种可能的组合，这些组合都描述了数字孪生的不同分类。
数字孪生技术的3个维度
维度1：层级
数字孪生有6个层次的层次。
- 信息：信息（非实物）的数字化表达，如：电子操作指导手册。
- 组件：设备组件或物体的其中一部分的数字化表示，例如，机械臂中的螺栓或轴承的虚拟表示。
- 产品：组件/部件在产品层面上协同工作时的互操作性的数字表示，例如，旋转机械臂的虚拟表示。
- 过程：一组设备在工艺层面共同工作以实现结果，例如，制造生产线工艺的虚拟表示。
- 系统：数字化的表示方式，将多个过程和工作流程结为一体，而不仅仅局限于物理对象，在系统层面上实现操作的优化，例如，整个制造系统的虚拟表示方式。
- 多系统：多个系统作为一个统一的实体共同工作的数字表示，以数据驱动的方式对关键业务指标进行前所未有的洞察、测试和监控，例如，多个系统的虚拟代表，如工业制造、供应链、交通控制、通信、人力资源等系统的虚拟代表。
维度2：生命周期阶段
这里有6个生命周期阶段的数字孪生应用。
- 设计阶段：在设计阶段，收集需求，完成设计（例如，组件、产品、流程或系统）。例如，基于对象属性和参数值，并在此基础上建立虚拟表示。
- 构建阶段：构建阶段是根据之前框定的需求，来构建实际的基于软件的数字双胞胎。这个阶段包括数据管理、配置提供、存储库管理和报告等，例如，使用数字孪生兄弟姐妹来虚拟构建和模拟原型，而不需要构建成本更高的物理对等物进行测试。
- 运营阶段：运营阶段是实际用户开始在作业操作中使用在线数字双胞胎。典型的操作任务包括提取传感器数据或远程协调设备，例如，从生产线上的旋转机械臂提取实时传感器数据或远程更新设备配置。
- 维护阶段：维护阶段包括对硬件、软件和文档进行更改，以支持其运行效果。它包括进行更改以纠正问题、增强安全性或解决用户需求，例如，定期维护任务，如发送系统配置或网络安全的OTA更新等。
- 优化阶段：优化阶段需要利用现有的信息和统计方法来进行改善。这可以用来改进设备元素、预测性能或优化操作，例如：通过大量的测试，产生洞察力，帮助预测未来的效能或故障。
- 退役阶段：退役阶段包括将数字孪生机从使用中移除。这项活动也被称为系统退役，例如，远程退役不再使用的设备，并将对应的数字孪生机移除。
维度3：用途
数字孪生最常见的7种用途
数字孪生有多种用途，这里重点介绍7种最常见的用途。
- 数字化：将信息进行表现。
- 可视化：将物理物体的进行视觉化的表示。
- 模拟：物理系统在其环境中的模拟模型。（没有硬件交互）
- 仿真：物理系统与真实软件的仿真模型。
- 提取：物理的实时数据流提取到虚拟模型。（硬件到软件）
- 协调：用于虚拟控制/更新物理设备的协调模式。
- 预测：预测模型，预测物理系统的未来行为。
典型的数字孪生分类组合示例
虽然根据立方体模型，数字双胞胎在技术上有252种不同的分类，但在现实中并每个组合都有大量应用。我们分析了30多个案例的，发现以下3种是比较常见的应用。
产品×设计×视觉化。
数字双胞胎 = 产品×设计×可视化
公司经常在设计阶段使用数字双胞胎技术将产品可视化，以节省开发最佳设计的时间，并通过建造更少的物理原型来节省成本。物联网分析报告中讨论的一个例子是，为一个新的自动化包装机的虚拟机电一体化设计模型的可视化。
流程×构建×模拟。
数字双胞胎 = 流程×建造×仿真
许多公司在构建阶段使用数字双胞胎技术来模拟他们的流程，以便在发布流程更新（或新流程）投入生产之前，测试和验证所有集成的产品是否符合预期，并按预期工作。IoT分析报告中讨论的一个例子是在发电厂中模拟正在推出的新工艺。
多系统×优化×预测。
数字双胞胎 = 多系统x优化x预测
企业还经常在优化阶段使用数字双胞胎技术来预测多系统的结果，以便在微调和调整当前参数的基础上预测性能提升。例如：对医院的运营场景和工作流程进行预测和优化。
