物理系统数字化复刻——数字孪生技术的应用

数字孪生是对物理系统进行数字化复刻，同步反映物理系统的实时状态与操作过程，同时可以借助数据库和知识库，模拟、验证、预测、控制物理系统的全生命周期过程的技术。

在当今发展的世界中，全世界各个领域的企业工程人员、院校以及科研院所的科研人员都开始将数字孪生技术在自身的研究领域以及市场主体进行了研究探索与应用实践。数字孪生技术的应用与研究主要集中在设备故障诊断、智慧医疗、产品研发、智慧城市等应用场景中。

（1）最初数字孪生诞生时是美国国家航天局（NASA）用来对空间飞行器做故障预测。之后也被应用在船舶、风力涡轮发电机等严峻环境下的大型复杂设备的故障检测方面。基于数字孪生技术的故障预测，能够通过物理实体产生的动态信息定位故障发生的位置以及判断故障发生的原因，分析设备的运行状态和损耗情况，对其进行预先的检测和维修。

（2）基于智慧医疗的数字孪生，医护人员可通过一定的途径或者方式获取人体反应健康状况的数据。通过得到的数据来判断人获得某个疾病的可能性。根据数字孪生提供的健康服务，针对当前出现的健康问题使人们引起一定的重视，并帮助人们适当调整生活作息、改善饮食平衡、增加运动等。当身体出现某些病症时，各地专家可通过远程的方式根据各类孪生数据和模型进行远程会诊，确定病因并制定治疗方案。

在遇到一些难度较高的手术时，医生们可使用头显设备在虚拟人体上实施不同的手术方案验证手术的可行性和安全性，直到确定对人体最安全和有效的手术方案。除此之外，还可以依靠数字孪生模型对医护人员进行操作训练和考核，提高医生专业操作技术的熟练性和稳定性。在虚拟的数字孪生模型上进行药物的开发以及临床实验，很大程度上可以降低每一款药品在上市前的研发周期。

（3）产品研发是一个产品从策划到上线过程中最费时耗力的一个环节。通过计算机辅助的手段协助产品研发已经不能满足现在开发的需求。通过数字孪生技术可以在三维虚拟场景中复现产品开发的全生命周期。通过分析产生的孪生数据可以深入了解一部分繁琐的物理模型并建立其对应的产品设计知识库，辅助产品设计和研发。通过对虚拟实体和物理实体进行比较和分析，能够帮助迅速发现设计中存在的问题，改善系统原型。

（4）在智慧城市方面，新加坡政府与Dassault飞机制造公司同盟，致力于共同创建数字孪生城市。通过在虚拟场景中完成对城市的可视化监控、制定决策等功能功能。美国Cityzenith软件公司为实现数字化的管理城市，构建了一个“5D智能城市平台”。这个平台被用于实现城市基础建设过程中科技化的全生命周期管理。借助数字孪生技术辅助人们进行城市管理，可以提高城市规划质量和城市的有序性，让城市的发展与人类的相处更加和谐与美好。

除此之外，数字孪生技术还在天然气能源、建筑行业以及农业监测等行业均有应用前景，如远程监测石油探勘，追踪和监测粮食和动物的状态和健康，评估房屋质量等方面。

忽米——让工业更有智慧