2020年9月，第22届中国国际工业博览会在上海国家会展中心举行。在世博会上，国家电网首次展示了首个思考中国电网设备数字化双系统及自主研发的成套现场试验辅助决策装置。目前正处于能源革命和数字革命深度融合的交汇点。国家电网主动先行一步，用数字化手段推动电网智能化发展，引领数字双能源互联网建设，构建优势互补、资源共享、互利共赢的数字双能源生态圈。
近年来，单词数字双胞胎已经成为一个热门的发展概念。当前，以物联网、大数据、人工智能等新技术为代表的数字化浪潮正在席卷全球。数字世界的快速发展需要不断从物理世界汲取养分，物理世界随着数字世界的发展变得更加丰富多彩。在此背景下，数字孪生技术应运而生。
一个
走进数字双胞胎
2018年，由史蒂文艾伦斯皮尔伯格执导的《头号玩家》在全球上映。影片中，现实世界中的人类在游戏《绿洲》中有一个虚拟的自我，人类可以在控制仓中控制虚拟世界中的自己，这大概就是数字双胞胎。
单词数字孪生是由密歇根大学的迈克尔格里斯教授在2003年他的产品生命周期管理课程中介绍的。简单来说，数字孪生就是利用数字技术模拟现实世界中物理对象的行为。
2011年3月，美国空军研究实验室明确提到了这个术语数字结对在一次演讲中，美国空军研究实验室成为第一个提出这一概念的机构；
有资料显示，美国国家航空航天局同时开始关注数字双胞胎，但数字双胞胎系统建设的后续研究还不够深入，贡献有限。相反，美国国防部立即意识到数字孪生技术将成为一种重要的工程工具，值得全面研究和开发。与此同时，通用电气(GE)在为美国国防部提供F-35联合攻击机解决方案时，发现数字孪生技术是工业数字化过程中的有效工程工具，并开始使用数字孪生系统构建工业互联网系统。
许多国外研究机构和国内行业专家对数字孪生的定义给出了不同的意见。以下是一些国内外企业或组织给出的数字结对定义的例子，以供参考。
1、埃森哲：数字孪生(Digital twinning)是指虚拟空间中实体产品的数字模型，包含了从产品构思到产品退市的产品信息；
2、国防采办大学：数字孪生是充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据。集成多学科、多物理量、多尺度的仿真过程，完成物理实体在虚拟空间的映射，从而反映物理实体的全生命周期过程。
3、中国航空工业发展研究中心刘亚伟：本质上，数字孪生是物理实体或过程的数字镜像。创建数字孪生的过程集成了人工智能、机器学习和传感器数据，从而建立一个实时更新的真实场景感强的模型，可用于支持实体产品生命周期中各种活动的决策。
目前业内还没有公认的标准定义，数字双胞胎的概念还在发展演变中。
进展中的数字孪生数据结对参考模型由三部分组成：
空间的物理产品；
虚拟空间的虚拟产品；
虚构与事实连接数据和信息。
来源：悲伤。M(2014)数字孪生：通过虚拟工厂复制制造卓越
奈良和AFRL 的数字孪生模型用图形表示，数字孪生就是充分利用物理模型、传感器更新、操作历史等数据。并集成多dis
2018年，北京航空航天大学陶飞教授在上海CIMS大会上做了题为《五维数学孪生模型及十个领域应用探索》的学术报告。报告指出，传统的数字孪生三维模型已经不能满足当前的技术发展和应用需求。北京航空航天大学数字孪生技术研究组为适应新的需求，提出了数字孪生五维模型的概念。
来源：五维数字双生子模型及其在十个领域的应用探索，陶飞
三
孪生数据应用探索
2014年以来，西门子、达索、PTC、ESI、ANSYS等知名工业软件公司。都用过这个词数字孪生在他们的营销活动中，并在Digital Twin的技术建设方面做了大量深入的研究和拓展。
Gartner连续三年(2016-2018)将数字孪生列为十大战略技术发展趋势之一。洛克希德马丁公司，世界美国最大的武器制造商，在2017年11月将digital twin列为未来国防和航天工业六大顶尖技术之首。
数字结对正在成为许多跨国企业业务布局的新方向。
01
数字工业应用
基于模型、数据和服务的优势，数字结对已被全球各行业、各背景、各层次的专家、学者和企业广泛研究和应用。目前，数字孪生已在制造业领域开展了诸多应用探索和实践，但在航空航天、电力、汽车、智慧城市、健康医疗等领域也有着广阔的应用价值和前景。
来源：【数字结对】数字结对十问：分析与思考，北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院数字结对课题组
02
智能城市：数字孪生虚拟城市
通过城市数字双城的构建，以定量和定性相结合的形式在数字世界中演绎气象环境、基础设施、人口、土地、工业交通等要素的互动运行，以及城市肖像是为了支持决策者在物理世界中实现综合效益的最优布局。
资料来源：CCID，中国电子信息产业发展研究院，数字孪生白皮书(2019)
目前已经实施的数字双城项目是虚拟新加坡，由NRF(新加坡国家研究基金会)和达索系统公司(Dassault)共同开发。它包含静态和实时数据，解决城市能源消耗、垃圾处理、社区导航、交通规划、疾病传播等问题。
图片来自网络。
从2014年到2016年，虚拟新加坡项目已经完成了城市空间的初步数据采集，包括地理信息和城市设施(公交车站、路灯、红绿灯、高架桥)。
随着城市数字模型的扩展和发展，数字孪生技术将覆盖所有可见或不可见的地方，如电力线、变电站、污水系统、给排水系统、城市应急系统、Wi-Fi网络、高速公路、交通控制系统等。
03
智慧：数字双胞胎医疗服务
达索、海信等公司尝试将数字孪生与医疗服务相结合，实现对人体运行机制和医疗设备的动态监测、模拟和仿真，可以加快科研创新向临床的转化，提高医疗诊断的效率，优化医疗设备的质量控制管理。
资料来源：CCID，中国电子信息产业发展研究院，数字孪生白皮书(2019)
达索systemes有一个非常著名的项目叫做Living Heart，在数字世界中构建一个数字孪生心脏。这项工作的基础是研究心脏如何泵血，患者口服降压药后药物分子如何作用于心脏，心脏如何通过生物电控制各肌纤维产生收缩力，以及如何还原和复制人类心脏的真实运行。在完全掌握心脏的物理、化学和生物规律的基础上，构建数字心脏。
图片来自网络。
数字心脏创造了许多新的临床价值。第一，数字心脏可以提高心脏手术质量，降低手术风险。第二，数字心脏在各种心脏临床医学的教学和研究中起着至关重要的作用。第三是加快改进的进程
智能电站：数字双电网的构建
2019年，国家电网以35千伏蔡伦站为试点，率先建成首个思考中国电网设备的数字双系统。利用传感器采集的高密度实时数据，建立真实设备在虚拟空间的映射，精确控制设备的实时状态变化，提供设备远程运维、设备异常趋势预警、维修策略精确决策、设备缺陷精确处置等智能决策支持。通过使用环验证、专家知识和人工智能技术。
蔡伦站数字双系统索引页
蔡伦站数字双系统接口
2020年6月，在临港新区，博艺站作为首个110kV数字化双变电站正式投运，按下了快进按钮构建万物互联、全感知、虚实互动的智慧城市。国家电网聚焦张江、临港两大国家战略，逐步将数字双系统支持范围延伸至各类电网设备，推动数字双变电站向数字双能源互联网的跨越升级，提供世界客厅区域经济社会发展的能源供应保障水平。
四
数据结对的未来展望
总的来说，数字孪生技术还处于起步阶段，要实现其成熟应用还需要克服许多困难。但可以肯定的是，在未来的数字时代，数字孪生不仅是一种普遍的使能技术，还将彻底改变人们发现、认知和更新世界的方式。目前数字孪生只能在有限的场景下应用，但我们相信随着技术的不断演进和精密设备的增加，数字孪生技术的应用场景会相应增加。
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