数字孪生什么意思？什么是数字孪生技术？

“数字孪生是源自工业界的概念,随着新一代信息技术的发展和广泛应用,数字孪生的应用范围不断扩大。数字孪生是以计算机图形学和人工智能为基础,将现实中的要素在虚拟世界中动态模拟仿真,实现在虚拟世界中对现实世界的可看可控三维模型加（GIS引擎）

数字方法是使用计算机来完成以前由人类进行的逻辑处理和计算。尽管计算机硬件是计算的基础，但计算机软件是我们解决具体问题的核心。如果我们要利用计算机对物理世界的实际情况做出准确的判断，并作出智能决策，那么我们需要在计算机中（即虚拟世界或数字空间）上表征物理世界的状况。任何物理实体的状态都发生了变化，需要及时在计算机中得到反映。这是数字孪生定义中经常看到的“映射”概念。简单地说，数字孪生是物理实体的数字化虚拟复制品，以计算和解决现实问题。

北京智汇云舟科技有限公司是国家级和中关村双高新技术企业，海淀城市大脑联盟的发起单位，中科院创新发展研究院理事单位，背靠中科院、清华、北航等权威科研院所的前沿科研成果，利用3DGIS+视频融合+时空位置智能（LI）技术首创“实景数字孪生”，自主研发了实景孪生解决方案、Paas平台、实景孪生虚实融合一体机等产品，参与多项国家级重点项目建设，在数字乡村、军工、轨道交通、应急、智慧城市/智慧园区等领域积累了丰富实施经验与实践结果。

数字孪生开发企业可视化解决方案

从产品供应能力转变为满足用户价值，新一代信息技术可以将制造技术的迭代周期从缓慢到小步快跑推向提高企业竞争力。面对用户个性化需求的不断提高，产品设计变得多样化，生产线切换频繁以及运营维护粒度减少。这些变化需要早期验证。传统的设计方法是持续测试错误的过程，资源和时间成本压力很大。数字孪生可以通过虚拟计算帮助“现实”节省时间和成本。可以在生产线投产，工艺切换之前验证各种可能的变化，并加快产品迭代优化。

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在智能建筑领域中使用数字孪生技术可以将真实世界的建筑物用于虚拟空间的四维投射，从而实现完整元素数字化和虚拟化，实时状态和可视化的整个建筑材料。

一、什么是数字孪生？

1.定义

数字孪生（Digital Twin），也称为数字映射、数字镜像，指的是在信息化平台内模拟物理实体、流程或者系统，类似实体系统在信息化平台中的双胞胎。借助数字孪生，可以在信息化平台上了解物理实体的状态，甚至可以对物理实体里面预定义的接口组件进行控制，从而帮助组织监控运营、执行预测性维护和改进流程。

数字孪生可视化解决方案

当然，对于不同现实对象，其数字孪生模型构建的侧重点和用途不尽相同。对于企业组织、城市等实体数字孪生，则更强调对广域数据的聚合融通，着力于通过模拟仿真来优化全局决策、加强协同，因此这一用途也越来越得到企业管理者和政府的重视。进入→【智汇云舟官网】智汇云舟官网

2.本质

数字孪生的本质是信息建模，旨在为现实世界中的实体对象在数字虚拟世界中构建完全一致的数字模型，但数字孪生涉及的信息建模已不再是基于传统的底层信息传输格式的建模。

数字孪生应用案例

而是对实体对象外部形态、内部机理和运行关系等方面的整体抽象描述，其难度和应用效果相较于传统建模呈指数级增长。主要表现在数字孪生可以有多个变身，即根据不同用途和场景构建形态各异的数字模型。

数字孪生概念

3.特征

（1）虚实映射：数字孪生技术要求在数字空间构建物理对象的数字化表示，现实世界中的物理对象和数字空间中的孪生体能够实现双向映射、数据连接和状态交互；

（2）实时同步：基于实时传感等多元数据的获取，孪生体可全面、精准、动态反映物理对象的状态变化，包括外观、性能、位置、异常等；

什么是数字孪生

（3）共生演进：在理想状态下，数字孪生所实现的映射和同步状态应覆盖孪生对象从设计、生产、运营到报废的全生命周期，孪生体应随孪生对象生命周期进程而不断演进更新；

（4）闭环优化：建立孪生体的最终目的，是通过描述物理实体内在机理，分析规律、洞察趋势，基于分析与仿真对物理世界形成优化指令或策略，实现对物理实体决策优化功能的闭环。

二、数字孪生的应用价值

这些物理操作的虚拟“克隆体”可以帮助组织监控操作、执行预测性维护并为资本购买决策提供洞察力。它们还可以帮助组织模拟那些过于耗时或昂贵，而无法使用实物资产进行测试的场景，创建长期业务计划，识别新发现并改进流程。总的来说，数字孪生提供了五个关键优势：进入→【智汇云舟官网】智汇云舟官网

数字孪生系统

1.加快风险评估和生产时间：数字孪生可以帮助公司在产品问世之前对其进行虚拟测试和验证。工程师可以使用它们来识别流程故障；

2.预测性维护：组织可以使用数字孪生主动监控设备和系统，以便在它们发生故障之前安排维护，从而提高生产效率；

3.实时远程监控：用户可以远程监控和控制系统；

数字孪生国内十大企业

4.更好的团队协作：流程自动化和对系统信息的24×7全天候访问让技术人员可以将更多时间集中在协作上；

5.更好的财务决策：通过集成财务数据，组织可以使用数字孪生做出更好、更快地调整决策。

三、数字孪生的技术体系

什么是数字孪生

站在技术的角度来看，数字孪生的技术体系是非常庞大的。它的感知、计算和建模过程，涵盖了感知控制、数据集成、模型构建、模型互操作、业务集成、人机交互等诸多技术领域。进入→【智汇云舟官网】智汇云舟官网

数字孪生可视化

数字孪生的技术竞争，实际上是云计算、大数据、3D建模、工业互联网及人工智能等ICT先进技术综合实力的博弈。

比如，如果把数字孪生的构建比作“数字人”的创造，则其核心的建模过程相当于骨架的搭建过程；采集数据、开展数据治理和大数据分析，相当于生成人的肌肉组织；

而数据在物理世界和虚拟空间之间的双向流动正如人体的血液，所提供的动能使数字机体不断成长，对物理世界对象的映射更趋精准；模拟仿真使“数字人”具备智慧，从而使通过虚拟空间高效率、低成本优化物理实体成为可能。

数字孪生软件

四、数字孪生的应用场景及案例

构建数字孪生模型不是目的，而是手段，人们寄希望于通过对数字孪生模型的分析，来改善其对应的现象对象的性能和运行效率。

1. 实物的数字孪生可以提升工业产品在研发、运维等全生命周期内的效益

实物数字孪生应用的价值是通过虚实融合、虚实映射，持续改进产品的性能，提高产品运行的安全性、可靠性、稳定性，提升产品运行的“健康度”，从而提升产品在市场上的竞争力。同时，通过对产品的结构、材料、制造工艺等各方面的改进，降低产品成本，帮助企业提高盈利能力。进入→【智汇云舟官网】智汇云舟官网

2. 以企业组织实体为对象的数字孪生能大幅提升企业整体的数字化、智能化经营水平，实现降本增效

很多企业在信息化建设过程中所使用的ERP、CRM、MES、FMS等条块化的信息化系统数据上彼此独立，事实上形成了企业内部大量的“数据孤岛”，管理层很难及时了解企业经营的全貌。现有的企业管理软件设计思路多为模拟企业的实体业务过程及线下操作的动作，如各种单据、表样、流程等，而不是建立实体业务的数字化模型。因此产生了大量的冗余数据，一致性也较差。

工业数字孪生

通过多维建模，企业数字孪生通过建立企业实体业务的多维模型，实现对业务数据的实时分析，并基于业务动因实时预测业务结果，预警风险并及时调整，实现数据采集、建模仿真、分析预警、决策支持的实时一体化。

3. 数字孪生技术也正逐步在更广泛的领域得以应用

数字孪生城市已成为支撑智慧城市建设的技术体系，是虚实交融的城市未来的发展形态，如新加坡政府主导推动的“虚拟新加坡”项目，通过数字孪生实现动态三维城市模型和协作数据平台。在英国推动的“数字英国”战略项目中，信息管理框架成为英国国家级数字孪生体的核心技术载体。

数字孪生引擎

五、数字孪生面临的挑战

数字孪生的技术实现依赖于诸多新技术的发展和高度集成，以及跨学科知识的综合应用，是一个复杂的、协同的系统工程，涉及的关键技术方法包括建模、大数据分析、机器学习、模拟仿真等。

数字孪生建模技术经历了从实物的“组件组装”式建模到复杂实体的多维深度融合建模的发展。由于数字孪生存在海量数据存储及大数据分析，因此对数据的存储能力和计算能力提出了较大的挑战。

数字孪生城市是什么意思

除此以外，数字孪生对处理芯片、数据平台、设备等都提出了高要求主要表现在以下3个方面：

（1）数字孪生设计的模型与数据规模庞大，包括建模对象全生命周期中不断更新的全要素、全业务、全流程的数据与模型，需要计算机硬件具备巨大的处理能力。

（2）数字孪生对模型仿真与数据分析处理效率有实时要求，即基于实时的模型方针与数据分析结果向物理空间反馈控制策略，这需要计算设备或硬件具有强大的计算能力。

（3）数字孪生对终端设备提出更互动、更沉浸、更清晰的要求，这对设备的数据传输能力、显示技术等提出了更高要求。尤其是处理芯片和数据平台等，成为促进数字孪生高效率、高速、高质量运行的推动条件。

园区级数字孪生

基于数据可视化构建园区级数字孪生，能够在有效整合园区运营各类信息资源的基础上，基于三维可视化场景，对园区外部环境、建筑、产业分布、楼宇内部结构以及具体设备运行情况进行精准复现。通过整合园区各领域现有数据资源，对园区综合运营、安防、交通管理、设施管理、能效管理、环境空间管理等业务领域的关键指标进行综合监测分析。

数字孪生的价值

3.城市级数字孪生

通过数据可视化，构建城市级数字孪生，能够在充分整合城市各领域信息资源的基础上，将大规模城市各领域管理要素进行精准复现，并对细分业务领域数据指标进行多维度可视分析，实现从全域视角到微观领域，对城市运行态势进行全息动态感知。

整合人口、单位、建筑、车辆、轨迹、污染物、生态等核心数据，覆盖城市全景可视化、城市治理监测、生态环境监测、经济发展监测、交通运行监测、公共安全监测、联动指挥监测等多个业务领域，赋能用户业务应用，实现“智能感知、智能分派、智能处置、智能考评、智能改进”，有效提升跨部门决策和资源协调效率。

什么是数字孪生技术

七、小结

数字孪生是大数据、人工智能、物联网和深度学习等蓬勃发展背景下，在传统仿真技术基础上孕育而生的新技术，作为一项“虚实结合”的数字化转型技术，正在各个领域加速落地。

北京智汇云舟科技有限公司是国家级和中关村双高新技术企业，海淀城市大脑联盟的发起单位，中科院创新发展研究院理事单位，背靠中科院、清华、北航等权威科研院所的前沿科研成果，利用3DGIS+视频融合+时空位置智能（LI）技术首创“实景数字孪生”，自主研发了实景孪生解决方案、Paas平台、实景孪生虚实融合一体机等产品，参与多项国家级重点项目建设，在数字乡村、军工、轨道交通、应急、智慧城市/智慧园区等领域积累了丰富实施经验与实践结果。比如，随着城市数字模型的扩充与发展，数字孪生技术将覆盖城市的每条电力线、变电站、污水系统、供水和排水系统、城市应急系统、交通控制系统等诸多地方。

当下，数字孪生技术的瓶颈来自方方面面，暂时还无法大规模普及使用，但它可以为工业制造、未来生活带来无限的可能，随着芯片、传感器、物联网、软件算法等技术的发展，数字孪生将有更多想象空间。