软考 系统架构设计师系列知识点之数字孪生体（1）

所属章节：

第11章. 未来信息综合技术

        第5节. 数字孪生体技术概述

数字孪生体技术是跨层级、跨尺度的现实世界和虚拟世界建立沟通的桥梁，是第四次工业革命的通用目的技术和核心技术体系之一，是支撑万物互联的综合技术体系，是数字经济发展的基础，是未来智能时代的信息基础设施。未来十年将成为“数字孪生体时代”。

1. 数字孪生体发展历程

当前，以物联网、大数据、人工智能等新技术为代表的数字浪潮席卷全球，物理世界和与之对应的数字世界形成两大体系平行发展，相互作用。数字世界为了服务物理世界而存在，物理世界因为数字世界变得高效有序。在这种背景下，数字孪生体技术应运而生。

• 数字孪生体最早的概念模型由当时的PLM咨询顾问Michael Grieves博士（现任佛罗里达理工学院先进制造首席科学家）于2002年10月在美国制造工程协会管理论坛上提出。
• 数字孪生体（Digital Twin）这一名称最早出现在美国空军实验室2009年提出的“机身数字孪生体（Airframe Digital Twin）”概念中。
• 2010年，NASA在《建模、仿真、信息技术和处理》和《材料、结构、机械系统和制造》两份技术路线图中直接使用了“数字孪生体（Digital Twin）”这一名称。
• 2011年Michael Grieves博士在其新书《虚拟完美》中引用NASA先进材料和制造领域首席技术专家John Vickers（现任马歇尔中心材料与工艺实验室副主任和NASA国家先进制造中心主任）所建议的“数字孪生体（Digital Twin）”这一名称，作为其信息镜像模型的别名。
• 2013年，美国空军将数字孪生体和数字线程作为游戏规则改变者列入其《全球科技愿景》。

回顾数字孪生体的发展历程，可以看到航天发射任务和航空武器装备研制的需求拉动作用，也可以看到建模、仿真、系统工程等的技术推动作用。总结数字孪生体的发展历程，可以分为四个阶段：

（1）1960-21世纪初

是数字孪生体的技术准备期，主要是指CAD/CAE建模仿真、传统系统工程等预先技术的准备。

（2）2022-2010年

是数字孪生体的概念产生期，指数字孪生体模型的出现和英文术语名称的确定。这段期间，预先技术继续成熟，出现了仿真驱动的设计、基于模型的系统工程（MBSE）等先进设计范式。

（3）2010-2020年

是数字孪生体的领先应用期，主要指NASA、美军方和GE等航空航天、国防军工机构的领先应用。这段时间也是物联网、大数据、机器学习、区块链、云计算等外围使能技术的准备期。目前数字孪生体的定义不下20个，大部分IT厂商、工业巨头和咨询机构都有自己的定义或自身业务相关的数字孪生体解决方案。从2018年开始，ISO、IEC 、IEEE三大标准化组织陆续开始着手数字孪生体相关标准化工作。

（4）2020-2030年

是数字孪生体的深度开发和大规模扩展应用期。可以看出，PLM领域、或者说以航空航天为代表的离散制造业，是熟悉孪生体概念和应用的发源地。目前，数字孪生体技术的开发正与上述外围使能技术深度融合，其应用领域也正从智能制造业等工业化领域向智慧城市、数字政府等城市化、全球化领域拓展。