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可以說1970年Apollo 13事故中拯救了三位宇航員的模擬器是第一個數字孿生的應用。而概念上的起源是2002年Michael Grieves在密西根大學做演講時在PLM概念模型中首次提出的現實與虛擬空間的概念，之后在其著作中被稱之為鏡像空間模型（Mirror Space Model），演化至今成為了數字孿生（Digital Twin）。

數字孿生是某個特定實體產品/系統的數字表示，能夠更深入地洞察該產品的狀態、性能和行為；能夠實現系統設計、優化、預見性維護、優化工業產品管理。

這種方式充分利用了物理模型、傳感器更新、運行歷史等數據，集成為一個多學科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過程，在虛擬空間中完成映射，從而反映相對應的實體裝備的全生命周期過程。

舉個簡單點的例子：不知道大家還是否記得《數碼寶貝（Digital Monster）》 ，數碼暴龍機與數碼暴龍的結合就是比較典型的數字孿生早教片了。

這個聽起來可能是養成 + 戰斗類游戲，而反應在工業上嚴謹度會更高。

類似的是：你有關心的重要設備（Monster）、各種不同的工況、不同的環境以及他們之間的影響（Buff），我們通過監控虛擬設備的運行情況，結合實際工況/數據的實時采集（HP/MP），能及時預測、發現并解決問題，使得系統良好運轉（Fight），為系統提高效率（Evolution）。

其實，不僅在制造業（產品設計，PLM，制造過程工藝，設備診斷，自動化控制，機器人等）有數字孿生概念的應用，更貼近生活的智能化家居、醫療、農業、交通等行業也都有廣泛的應用，很多企業的各種電子產品的生態鏈就是比較好的例子。

▲ 生活相關設備應用的智能聯合、控制、管理

▲ 飛行系統數字孿生

▲ 電池包系統孿生

早期，作為先驅的NASA在實踐中首先認識到了使得物理孿生的重要性。后來得益于計算機的高速發展，現在物理孿生對象從行為上可以用計算機系統進行模擬代替。在高保真度的系統模型中，物理孿生對象能夠通過三維的CAE仿真的降階加入到一維系統之中，代替理想模型來高度還原產品的物理特征。

舉例而言，如我們要利用ANSYS Twinbuilder創建高保真度的水泵系統數字孿生，其流程如下：

■ 搭建Twinbuilder （Modelica）理想系統模型；

■ 使用ANSYS CFD 進行泵的3D物理場仿真；

■ 使用Twinbuilder的ROM Builder對3D物理模型進行降階處理，并創建ROM模塊。此舉可大大降低計算時間，并同時保證計算精度，使虛擬的時間能夠匹配真實的物理時間；

■ 在系統中加入降階模型，添加控制，封裝代碼，創建面板

▲水泵系統數字孿生創建流程

界面的創建與使用，水位高度的監測，開關閥門、泵的轉速調節，泵容易發生氣蝕的警報

當然我們可以通過Twinbuilder的元件庫、Twinbuilder的控制元件庫、外部代碼等更多部件的降階模型對系統進行封裝，來創建更復雜、更大、更全面的系統，來涵蓋系統中各種產品關于結構、流體、熱、電磁等特性。

以前共事過的韓國同事做過一些有趣的真實小案例，如使用Maxwell、Twinbuilder與Optimetrics，通過真實體與數字孿生體的數據對真實產品的運作進行優化，如下圖所示。

另外，也可以通過對作動器系統數字孿生的優化控制，使作動器平滑地移動，如下圖所示。

數字孿生有大有小，但都是比較復雜、多學科復合的集合體。在未來，上海安世亞太希望能以逐步的積累與沉淀實現更多的改變，從而綻放出更多的光彩。