數(shù)字孿生(shēng)是綜合技(jì)術(shù)的彙集,它運用感知、計(jì)算(suàn)、建模等技(jì)術(shù)進而實現物理(lǐ)空(kōng)間(jiān)與賽博空(kōng)間(jiān)的交互映射。說得(de)太過于抽象,事實上(shàng)沒有(yǒu)人(rén)能夠真正講清楚到底什麽是數(shù)字孿生(shēng),個(gè)人(rén)理(lǐ)解,數(shù)字孿生(shēng)就是利用現代化科學技(jì)術(shù),橋接現實世界和(hé)虛拟場(chǎng)景,推動城市發展和(hé)生(shēng)活進步的一種技(jì)術(shù)。

數(shù)字孿生(shēng)發展迅速，市場(chǎng)巨大(dà)，根據Grand View Research發布的數(shù)據，2021年，全球數(shù)字孿生(shēng)市場(chǎng)規模為(wèi)74.8億美元，預計(jì)從2022年到2030年，年複合增長率将達到39.1%；另根據國外調研機構MarketsandMarkets的預測數(shù)據顯示，到2023年數(shù)字孿生(shēng)市場(chǎng)規模将達到157億美元，到2025年将突破260億美元。從這兩份研究數(shù)據可(kě)以看出，數(shù)字孿生(shēng)市場(chǎng)很(hěn)大(dà)，而我國又是世界上(shàng)工業門(mén)類最為(wèi)齊全的國家(jiā)，本身就有(yǒu)豐富的制(zhì)造業應用場(chǎng)景和(hé)市場(chǎng)，數(shù)字孿生(shēng)技(jì)術(shù)幾乎可(kě)以延伸到市場(chǎng)中的每一個(gè)場(chǎng)景,毫無疑問越早布局數(shù)字孿生(shēng)領域越能搶占這一塊大(dà)蛋糕,在日常競争日益激烈的今天,數(shù)字孿生(shēng)領域或許是一個(gè)實現快速彎道(dào)超車(chē)的好機會(huì)。

（1）感知

為(wèi)了實時(shí)感知物理(lǐ)實體(tǐ)及其運行(xíng)環境，需要傳感技(jì)術(shù)、監測技(jì)術(shù)的支撐。例如，為(wèi)了建立面向風電(diàn)、光伏出力預測和(hé)故障診斷的數(shù)字孿生(shēng)，需要獲得(de)電(diàn)站(zhàn)周邊氣象數(shù)據以及設備溫度、聲音(yīn)、振動等數(shù)據，為(wèi)此，需要可(kě)獲取聲振信号、溫度、濕度數(shù)據的傳感設備，當然，也需要來(lái)自SCADA系統的電(diàn)氣數(shù)據。電(diàn)力系統的智能電(diàn)表、SCADA、PMU等也應看作(zuò)是傳感設備，通(tōng)過智能電(diàn)表，可(kě)以感知用戶的用電(diàn)特性，通(tōng)過PMU，可(kě)以感知到系統受到的擾動。

（2）數(shù)據

通(tōng)過監測和(hé)傳感獲得(de)的數(shù)據，需要利用先進的通(tōng)信技(jì)術(shù)傳輸到數(shù)據平台或數(shù)據庫中進行(xíng)存儲、處理(lǐ)和(hé)建模。如果數(shù)據量大(dà)，實時(shí)性要求高(gāo)，需要大(dà)容量、高(gāo)速通(tōng)信技(jì)術(shù)，根據需要，也可(kě)以采取邊緣計(jì)算(suàn)模式存儲處理(lǐ)數(shù)據。為(wèi)節省信道(dào)和(hé)存儲空(kōng)間(jiān)，需要應用數(shù)據壓縮技(jì)術(shù)；為(wèi)實現多(duō)源異構數(shù)據的融合、時(shí)空(kōng)數(shù)據融合，需要應用數(shù)據融合技(jì)術(shù)；為(wèi)提高(gāo)數(shù)據處理(lǐ)和(hé)建模速度、滿足數(shù)據孿生(shēng)的實時(shí)性要求，需要采用分布式存儲和(hé)處理(lǐ)技(jì)術(shù)、流計(jì)算(suàn)、內(nèi)存計(jì)算(suàn)等技(jì)術(shù)。

（3）建模

建模方法包括機理(lǐ)建模方法和(hé)數(shù)據驅動建模方法。前者根據研究對象的機理(lǐ)特性建立數(shù)學公式，并賦予參數(shù)，然後應用數(shù)值計(jì)算(suàn)方法或解析方法進行(xíng)計(jì)算(suàn)，一般适合于機理(lǐ)清楚的物理(lǐ)系統；後者是指采用統計(jì)學、機器(qì)學習方法建立模型，适合于機理(lǐ)不明(míng)确或隻存在關聯關系的研究對象。機理(lǐ)建模時(shí)由于存在不可(kě)避免的假設和(hé)簡化，有(yǒu)時(shí)會(huì)帶來(lái)不容忽視(shì)的誤差，這種情況下，如果數(shù)據足夠，也适合采用數(shù)據驅動建模方法。另外，采用數(shù)據驅動方法時(shí)，為(wèi)了解決小(xiǎo)樣本、樣本不均衡、弱特征以及不可(kě)解釋性等問題，将機理(lǐ)建模方法和(hé)數(shù)據驅動方法相結合，具有(yǒu)一定優勢。

（4）可(kě)視(shì)化

數(shù)字孿生(shēng)需要很(hěn)直觀的可(kě)視(shì)化效果，三維展示、地理(lǐ)信息系統（GIS）、AR/VR等都是很(hěn)重要的可(kě)視(shì)化技(jì)術(shù)。例如，在地理(lǐ)信息圖上(shàng)，直觀展示電(diàn)網脆弱性分析結果，其中，藍(lán)色區(qū)域最為(wèi)脆弱，一點攻擊可(kě)影(yǐng)響到10%電(diàn)網，紫色、橘色和(hé)紅色區(qū)域要造成同樣嚴重後果，需要更多(duō)的攻擊，見圖3；又如，風機的數(shù)字孿生(shēng)，在地理(lǐ)位置上(shàng)标注了風機的身份信息，點擊各個(gè)部位，均能更直觀地看到各個(gè)部位的狀況。

（5）應用

數(shù)字孿生(shēng)應用的領域很(hěn)多(duō)，智慧城市、自然資源、精準醫(yī)療、智能制(zhì)造、智慧能源是最重要的應用領域。

小(xiǎo)結：

數(shù)字孿生(shēng)是一項綜合性技(jì)術(shù)，數(shù)據是基礎，模型是核心，平台或軟件是載體(tǐ)。所以獲取數(shù)據的傳感技(jì)術(shù)、監測技(jì)術(shù)以及數(shù)據的傳輸技(jì)術(shù)、存儲技(jì)術(shù)、融合技(jì)術(shù)、處理(lǐ)技(jì)術(shù)，都是數(shù)字孿生(shēng)的基礎性技(jì)術(shù)；各種建模技(jì)術(shù)以及支撐建模的平台和(hé)軟件、三維展示和(hé)AR/VR技(jì)術(shù)也是數(shù)字孿生(shēng)的關鍵技(jì)術(shù)。

▷ 微軟

微軟的研發“Azure 數(shù)字孿生(shēng)”能夠創建基于整個(gè)環境的數(shù)字模型，這些(xiē)模型可(kě)能是建築物、工廠、農場(chǎng)、能源網絡、鐵(tiě)路、體(tǐ)育場(chǎng)館，甚至整個(gè)城市。可(kě)用于獲取洞察力，以推動産品改進、運營優化、成本降低(dī)和(hé)客戶體(tǐ)驗突破。Azure 數(shù)字孿生(shēng)可(kě)用于設計(jì)數(shù)字孿生(shēng)體(tǐ)系結構，該體(tǐ)系結構在更廣泛的雲解決方案中代表實際 IoT 設備，并連接到 IoT 中心設備孿生(shēng)以發送和(hé)接收實時(shí)數(shù)據。

▷ 西門(mén)子

西門(mén)子的生(shēng)産線和(hé)工廠采用數(shù)字孿生(shēng)。開(kāi)始生(shēng)産之前，通(tōng)過所有(yǒu)生(shēng)産線的仿真人(rén)機工程，在虛拟環境中把所有(yǒu)的生(shēng)産線的排産、生(shēng)産全部進行(xíng)驗證，然後再把物理(lǐ)生(shēng)産線架構起來(lái)，這種做(zuò)法可(kě)以節省大(dà)量物資，同時(shí)也可(kě)以加速很(hěn)多(duō)實踐，然後快速優化。

▷ 英偉達

英偉達研發的Omniverse平台、數(shù)字孿生(shēng)等技(jì)術(shù)，并不斷叠代Omniverse搭載的專業技(jì)術(shù)和(hé)工具，打開(kāi)Omniverse和(hé)數(shù)字孿生(shēng)的落地場(chǎng)景，同時(shí)推動更多(duō)非技(jì)術(shù)人(rén)員利用以Omniverse為(wèi)代表的多(duō)項NVIDIA平台和(hé)技(jì)術(shù)，加速提升市場(chǎng)接受度。