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數字孿生是一種虛擬模型，旨在準確反映物理對象。正在研究的對象——例如，風力渦輪機——配備了與重要功能領域相關的各種傳感器。這些傳感器產生有關物理對象性能不同方面的數據，例如能量輸出、溫度、天氣條件等。然后將該數據轉發到處理系統并應用于數字副本。
一旦獲得此類數據的通知，虛擬模型可用于運行模擬、研究性能問題并產生可能的改進，所有這些都是為了產生有價值的見解——然后可以將其應用回原始物理對象。
數字孿生與模擬
盡管模擬和數字孿生都利用數字模型來復制系統的各種過程，但數字孿生實際上是一個虛擬環境，這使得它的研究更加豐富。數字孿生和模擬之間的區別主要在于規模問題：雖然模擬通常研究一個特定的過程，但數字孿生本身可以運行任意數量的有用模擬來研究多個過程。
差異并不止于此。例如，模擬通常不會從實時數據中受益。但數字孿生是圍繞雙向信息流設計的，首先在對象傳感器向系統處理器提供相關數據時發生，然后在處理器創建的見解與原始源對象共享回時再次發生。
通過擁有與廣泛領域相關的更好且不斷更新的數據，再加上虛擬環境帶來的額外計算能力，數字孿生能夠從比標準模擬更多的有利位置研究更多問題——具有更大的最終潛力改進產品和流程。
數字孿生的類型
根據產品放大倍數的不同，有多種類型的數字孿生。這對孿生最大的區別在于應用領域。不同類型的數字孿生在系統或流程中共存是很常見的。讓我們通過數字孿生的類型來了解差異以及它們的應用方式。
1、組件孿生/零件孿生
組件孿生是數字孿生的基本單元，是功能組件的最小示例。零件孿生大致相同，但屬于不太重要的組件。
2、資產孿生
當兩個或多個組件一起工作時，它們就形成了所謂的資產。資產孿生讓您可以研究這些組件的交互，創建大量可以處理的性能數據，然后轉化為可操作的見解。
3、系統或單元孿生
下一級放大涉及系統或單元孿生，這使您能夠看到不同的資產如何組合在一起形成一個完整的功能系統。系統孿生提供有關資產交互的可見性，并可能建議性能增強。
4、過程孿生
工藝孿生（放大的宏觀層面）揭示了系統如何協同工作以創建整個生產設施。這些系統是否都同步以最高效率運行，或者一個系統的延遲會影響其他系統？流程孿生可以幫助確定最終影響整體效率的精確時序方案。
數字孿生技術的歷史
數字孿生技術的想法最早是在 1991 年 由 David Gelernter出版的Mirror Worlds提出的。然而，邁克爾·格里夫斯博士（當時在密歇根大學任教）被認為是 2002 年首次將數字孿生概念應用于制造業，并正式宣布了數字孿生軟件概念。最終，美國宇航局的約翰維克斯在 2010 年引入了一個新術語——“數字孿生”。
然而，使用數字孿生作為研究物理對象的手段的核心思想實際上可以更早地見證。事實上，可以正確地說，NASA 在 1960 年代的太空探索任務中率先使用了數字孿生技術，當時每艘航行的航天器都被精確復制成一個地球版本，供 NASA 工作人員用于研究和模擬目的。飛行機組人員。
數字孿生的優點和好處
1、更好的研發
使用數字孿生可以更有效地研究和設計產品，并創建大量關于可能的性能結果的數據。這些信息可以帶來洞察力，幫助公司在開始生產之前進行所需的產品改進。
2、更高的效率
即使在新產品投入生產后，數字孿生也可以幫助鏡像和監控生產系統，著眼于在整個制造過程中實現并保持最高效率。
3、產品報廢
數字孿生甚至可以幫助制造商決定如何處理產品生命周期結束并需要通過回收或其他措施進行最終處理的產品。通過使用數字孿生，他們可以確定可以收獲哪些產品材料。
數字孿生市場和行業
雖然數字孿生因其提供的功能而備受推崇，但并不保證每個制造商或創建的每個產品都可以使用它們。并非每個對象都足夠復雜，以至于需要數字孿生所需的密集且定期的傳感器數據流。從財務角度來看，投入大量資源來創建數字孿生也不總是值得的。（請記住，數字孿生是物理對象的精確復制品，這可能使其創建成本高昂。）
另一方面，許多類型的項目確實特別受益于數字模型的使用：
大型項目 受嚴格工程規則約束的建筑物、橋梁和其他復雜結構。
機械復雜項目 噴氣渦輪機、汽車和飛機。數字孿生可以幫助提高復雜機械和龐大發動機的效率。
電力設備 這包括發電和傳輸電力的機制。
制造項目 數字孿生擅長幫助簡化流程效率，正如您在具有協同功能機器系統的工業環境中所發現的那樣。
因此，在數字孿生方面取得最大成功的行業是那些涉及大型產品或項目的行業：
工程（系統）
汽車制造
飛機生產
軌道車設計
建筑施工
制造業
電力設施
數字孿生市場：蓄勢待發
快速擴張的數字孿生市場表明，雖然數字孿生已經在許多行業中使用，但對數字孿生的需求將在一段時間內繼續升級。2020 年，數字孿生市場價值 31 億美元。一些行業分析師推測，它至少會在 2026 年之前繼續大幅上升，估計攀升至 482 億美元1。
數字孿生的應用場景
數字孿生已廣泛用于以下應用：
1、發電設備
大型發動機——包括噴氣發動機、機車發動機和發電渦輪機——從數字孿生的使用中受益匪淺，特別是在幫助建立定期維護的時間表方面。
2、結構及其系統
大型建筑物或海上鉆井平臺等大型物理結構可以通過數字孿生進行改進，尤其是在設計過程中。也可用于設計在這些結構內運行的系統，例如 HVAC 系統。
3、制造業務
由于數字孿生旨在反映產品的整個生命周期，因此數字孿生在制造的所有階段無處不在，指導產品從設計到成品以及其間的所有步驟也就不足為奇了。
4、醫療保健服務
正如可以通過使用數字孿生對產品進行分析一樣，接受醫療保健服務的患者也可以。相同類型的傳感器生成數據系統可用于跟蹤各種健康指標并生成關鍵見解。
5、汽車行業
汽車代表了許多類型的復雜、共同功能的系統，數字孿生廣泛用于汽車設計，既可以提高車輛性能，又可以提高生產效率。
6、城市規劃
土木工程師和其他參與城市規劃活動的人可以通過使用數字孿生獲得顯著幫助，它可以實時顯示 3D 和 4D 空間數據，并將增強現實系統整合到建筑環境中。
如何滿足數字孿生的硬件需求
可以做數字孿生的軟件，比較著名的可能就是Unity，UE這樣的游戲引擎。那么對電腦硬件的需求就高了很多，這就要求很多的企業個人需要在前期要投入大量的硬件投入，整體成本高而且硬件彈性度差，沒辦法實時更新硬件配置。
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數字孿生的未來
對現有運營模式的根本性改變顯然正在發生。資產密集型行業正在發生數字化改造，正在以顛覆性的方式改變運營模式，需要對資產、設備、設施和流程進行綜合的物理和數字視圖。數字孿生是這種重新調整的重要組成部分。
數字孿生的未來幾乎是無限的，因為越來越多的認知能力不斷投入使用。因此，數字孿生不斷學習新的技能和能力，這意味著他們可以繼續產生使產品更好、流程更高效所需的洞察力。
