数字孪生的应用.pdf
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2023-03-31
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数字孪生的广袤天地
1.引言
看过电影《钢铁侠》的人一定不会 忘记其中一个十分经典的华画面：托
尼·史塔克在设计、改进和修理钢铁侠战衣的时候，并不是在图纸或实物上进行操
作，而是通过一个虚拟的影像映射场景来辅助实现，而这个可视化、智能化、数
字化的映射场景其实就是数字孪生。按照美国的航空航天局（NASA） 给出的最
权威解释，数字孪生是指充分利用物理模型、传感器、运行历史等数据，集成多
学科、多尺度的仿真过程， 它作为虚拟空间中对实体产品的镜像，反映了相对
应物理实体产品的全生命周期过程。说的通俗些，数字孪生就是将现实世界的物
理体或者系统以及流程等复制到虚拟空间，生成一个“克隆体”，二者最终组成一
个“数字双胞胎”。
听上去数字孪生好像是一般人自己拍照片那么简单，其实不然。数字孪生除
了实时与准时创建与物理实体等 价的“克隆体”或数字模型外，更重的它还会“动”，
即根据传感现实数据、历史数据以及物理本体周边场景数据进行仿真分析，为物
理实体的后续运行提 供改进与优化方案，并会辐射到物理实体的全生命周期过
程。因此，双向性即本体向孪生体输出数据和建成模型，同时孪生体向本体反馈
信息和输出优解 是数字孪生的核心特征。看得出，数字 孪生可以支持与引导人
们穿越虚实界 墙，在物理主体与数字模型之间自由交互与行走，实现现实世界
与虚拟世界的彼此交融。既然数字孪生完全不同于简单的影像生成与上传，同样
就不难理解数字孪生肯定不同于 CAD，也有别于 VR 与 AR，因为后者截至目前
都还是单向的，即人们可以沉浸其中，但它们都不会因某些需求的出现而发生及
时调整与改变。但是，数字孪生在的确离不开 VR 和 AR 的同时，更需要大数据、
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