1.2.2　数字孪生近期的发展

美国国航局与Michael教授有长期的合作关系，在航天器的设计研发以及后期运营中使用数字孪生技术可以极大地降低物理样机的生产研发成本，在运营阶段实现对航天器实时数据的获取、远程监控，甚至可以做到航天器故障预测与远程监测。这些优势让数字孪生迅速成为美国国航局的关键技术。NASA在2010年的技术目标中就明确提出了“数字孪生体2027计划”，希望通过近20年的研发建立数字孪生体工程体系。

无独有偶，数字孪生的诸多优势很快被美国空军发掘，并在2013年发表了《全休地平线》，在这个规划文件中美国空军将数字线索和数字孪生共同视为“改变游戏规则”的颠覆性机遇。后来美国空军与全球航空航天业的领袖公司——波音公司共同合作研发了F-15C数字孪生机体模型（见图1-9），该模型配合了当时最先进的多维仿真技术，实现了对机体几何模型、机体材料性能数据、飞行测试数据、检查与维护数据、气动力模型数据、有限元模型、损害演变模型的多数据集成，达到了预测组件寿命的目的，为机体的结构调整、维修和替换节约了人力、财力和时间成本。

图1-9　F-15C数字孪生机体模型（来源于美空军飞机数字孪生数据与工程集成）

2013年的汉诺威工业博览会上德国政府正式提出“工业4.0”战略，其目的就是为了提高德国工业的竞争力，在新一轮工业革命中占领先机。这个战略提出后，德国众多科研机构、生产企业都表示了认同与支持，其中德国著名优质企业西门子公司率先将“工业4.0”概念引入工业软件开发和生产控制系统中，并在2016年开始逐渐尝试用数字孪生技术升级相关应用。众所周知，数字孪生是贯穿整个产品生命周期的，德国西门子在应用中就利用数字孪生的这一特点仿真模拟了产品设计、生产机器设计、产线设计、生产排期、制造执行、后期维护等一系列工厂的实际操作，构建了一整套数字化工业生产线。

美国通用电气管理层也发现了“数字孪生”的潜力，经过慎重思考与讨论提出了通用电气数字孪生解决方案项目。项目要求实现数字孪生体与物理实体的结合，打造Predix云平台，搭建实体机器以及其相关流程的虚拟数字孪生体，将工业生产中的相关资产、设备进行建模、数据直连、控制和分析，最终实现工业互联网。例如，当发电厂的发电变压器出现了一些状况时，数字孪生系统可根据历史数据、相关算法模型演算推测出该状况对未来发电厂性能的影响大小，并将该结果实时反馈给相关管理人员，以帮助其能更快地解决相关问题，减少意外状况带来的损失。正如通用电气全球副总裁Colin Parris所说，数字孪生体就是利用人工智能算法专门为机器所构建的数字复制品，并且赋予它像人类一样观察和行动的能力。这种数字孪生体可以在很大程度上帮助人类解决机器维修的问题，改变企业的运作方式，不管是对通用电气还是其他工业界来说这都代表着新的增长机会，数字孪生必将成为新工业经济的重要支柱。

与美国、德国等工业大国相比，数字孪生在中国的关注与研究起步相对较晚。从2016年才开始有学术界、企业界、政府机构的相关专家、学者发表数字孪生相关的文献，到2018年达到一定规模，如图1-10所示。其中，高校及科研院所是数字孪生理论研究的主力机构，企业是将数字孪生技术付诸实现的研发方，政府部门在数字孪生相关标准研究、技术发展和应用实践环节中开展了大量的工作，为数字孪生技术在中国的迅速发展起到了重要作用。天津卓朗科技也开展了数字孪生的计划，希望使用人工智能、3D可视化、大数据等技术打通数据中心的规划、建设、运行的数据闭环。

目前，数字孪生不仅仅局限于工业或制造业，更多开始在智慧数据中心、智慧城市、智慧交通领域进行应用，并且在不断地完善形态和观念。

图1-10　数字孪生相关文献发表量统计