数字孪生技术应用白皮书（2021）

前言

随着经济社会数字化转型的持续推进，数字孪生逐渐成为产业各界关注的热点技术。数字孪生起源航天军工领域，近年来持续向智能制造、智慧城市等垂直行业拓展，实现机理描述、异常诊断、风险预测、决策辅助等应用价值，已成为助力企业数字化转型、促进数字经济发展的重要抓手。

本白皮书聚焦数字孪生关键技术和行业应用发展，梳理数字孪生整体发展情况，深入分析技术体系和典型垂直行业应用场景，旨在为产业界在规划实施数字孪生相关应用时提供参考借鉴，助力数字孪生技术演进和产业发展。

1 数字孪生概述

1.1 数字孪生内涵与发展历程

数字孪生是一种数字化理念和技术手段，它以数据与模型的集成融合为基础与核心，通过在数字空间实时构建物理对象的精准数字化映射，基于数据整合与分析预测来模拟、验证、预测、控制物理实体全生命周期过程，最终形成智能决策的优化闭环。其中，面向的物理对象包括实物、行为、过程，构建孪生体涉及到的数据包括实时传感数据和运行历史数据，集成的模型涵盖物理模型、机理模型和流程模型等。

数字孪生的概念始于航天军工领域，经历了“技术探索、概念提出、应用萌芽、行业渗透”四个发展阶段。数字孪生技术最早在 1969 年被 NASA 应用于阿波罗计划中，用于构建航天飞行器的孪生体，反映航天器在轨工作状态，辅助紧急事件的处置。2003 年，数字孪生概念正式被密歇根大学的 Grieves 教授提出，并强调全生命周期交互映射的特征。经历了几年的概念演进发展后，自 2010 年开始，数字孪生技术在各行业呈现应用价值，美国军方基于数字孪生实现 F35 战机的数字伴飞，降低战机维护成本和使用风险；通用电器为客机航空发动机建立孪生模型，实现实时监控和预测性维护；欧洲工控巨头西门子、达索、ABB 在工业装备企业中推广数字孪生技术，进一步促进了技术向工业领域的推广。近年来，数字孪生技术在工业、城市管理领域持续渗透，并向交通、健康医疗等垂直行业拓展，实现机理描述、异常诊断、风险预测、决策辅助等应用价值，有望在未来成为经济社会产业数字化转型的通用技术。

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审核编辑 黄宇