数字孪生，英文名叫Digital Twin（数字双胞胎），也被称为数字映射、数字镜像，是充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成仿真科技，在3维空间中映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。

作为构建和运行数字孪生业务应用的基础，数字孪生平台集成了多种技术的工具和套件，向上可以为各类应用开发提供服务接口，向下可以连接各类物理对象，有效降低企业应用数字孪生技术的开发成本和开发周期。

目前，数字孪生的发展与应用还处于探索阶段，不同厂商的技术水平、平台能力、开放性和实现手段差异较大。

一、数字孪生定义

什么是数字孪生呢？

数字孪生是一种虚拟模型，主要用于精确反应物理对象。数字孪生会给研究对象配备用于收集重要性参数的各种传感器，传感器会收集对象的性能方面的数据，并将数据转发至处理系统并应用于数字副本。

比如，我们想要优化工厂的生产过程并提高生产效率，我们可以创建一个数字孪生来模拟和监控工厂的运行情况。

首先，我们使用传感器和物联网设备来收集工厂中各个设备的数据，如温度、湿度、机器运行状态等。这些数据将通过网络传输到云平台进行存储和分析。

然后，在云平台上，我们使用数据分析和建模技术，将收集到的数据转化为工厂的数字模型。这个数字模型是基于实际设备和工艺的虚拟表示，它反映了工厂的结构、运行规则和关联关系。

最后，通过可视化界面，我们可以实时监测工厂的运行状态，并与数字模型进行对比。如果发现任何异常或潜在问题，我们可以立即采取相应的措施，以避免生产中断或质量问题。

二、数字孪生特征

有人说，数字孪生不就是元宇宙吗？

确实，两者在虚拟化和模拟方面有相似之处，但却是两个不同的概念。数字孪生主要用于模拟和监控现实系统，它主要基于现实中的传感器和数据，通过构建实际系统进行仿真、监控和优化，比如农业、园区等等。

而元宇宙则是一个更加广阔的概念，它是一个全息的、虚拟的、现实的世界。类似我们常在影视剧里看到的平行世界，元宇宙相当于一个存在的、虚拟的平行世界，人们可以以虚拟身份参与各种活动，与其他人进行交互，探索虚拟环境，甚至进行商业交易。元宇宙的概念更加注重人与虚拟世界的互动和体验，以及虚拟环境的创造和拓展。

数字孪生特征如下：

1、互操作性

在数字孪生中，数字空间与物理对象可以双向映射，可以相互联系和同步。我们可以通过传感器、监控设备等方法，将物理对象的数据和状态反映到数字空间中。反过来，我们也可以通过利用数字空间中的模型和仿真来指导和优化物理对象的运行。

2、实时性

数字孪生的实时性是指数字孪生系统能够以接近实时的方式反映和更新实际系统的状态和数据。

通常情况下，数字孪生通过传感器和数据采集设备来收集实际系统的数据，并将其传输到数字孪生系统中进行处理和分析。数字孪生系统会使用这些数据来更新数字模型，并反映实际系统的当前状态。

实时性意味着数字孪生系统的数据更新和反馈几乎是即时的。当实际系统发生变化时，数字孪生系统能够快速捕捉这些变化，并实时更新数字模型。这样，我们可以在数字孪生系统中看到实际系统的最新状态。

3、保真性

数字孪生中的物理实体和数字虚体是非常接近的。不仅是在几何结构的高度仿真，在状态、时态、相态上也会仿真。数字孪生的仿真性根据不同的需要会不相同，例如工况场景中可能只要求描述虚体的物理性质，并不会关注化学结构和细节。

三、现实中，数字孪生有哪些应用？

在实际应用时，数字孪生是某个实际场景、产品或作业流程的虚拟表示。

简单来说，数字孪生被用来在虚拟空间中测试真实的场景。

例如，现实生活中，我们需要对一台智能手机做跌落测试，那么在很大程度上就需要损失多台手机成品，而利用数字孪生技术，可以无限模拟测试，还可以降低产品在生产和制造过程中的成本。这就相当于打游戏开了无限生命的外挂，大大减少了实操带来的成本，避免了试错带来的损失。

因此，越复杂的系统，越复杂的构造物，数字孪生带来的使用价值就越大。

不同行业，数字孪生技术能够提供的价值是不一样的。对各行各业而言，它能带给我们带来什么呢？

1、改进产品设计

使用数字孪生可以更有效地研究和设计产品，并创建大量关于可能的性能结果的数据。这些信息可以帮助公司在开始生产之前进行必要的产品改进。

以下是FineVis制作的智慧水务数字孪生大屏，在管线铺设前可以用来模拟铺设和运行情况，在管线铺设后可以连接数据进行异常数据的实时预警。

数字孪生通过GIS系统可视化展示了管线总长，压力仪数，水质点数等，并根据模拟数据测算管网监测点数据， 同时实时计算划分区域的漏损率排行，夜间最小流量等指标。因而可以通过异常数据自动预警不合理的管网配置。

2、优化生产过程

即使在新产品投入生产后，数字孪生也可以帮助镜像和监控生产系统，着眼于在整个制造过程中实现并保持最高效率。

以下是FineVis制作的智慧工厂3D孪生，一方面有助于工厂及时发现异常设备并进行维修。另一方面可以实时分析产出情况和生产指标，便于更精确的利用人工。

设备状态检修：FineVis的大屏编辑器提供强大了数据可视化能力，其智能化监测和实时报告功能有助于保持设备状态的良好运行，管理者通过大屏看可直接连接设备的参数，有助于工厂及时发现异常设备并进行维修。

数字车间：通过投射物理世界的人，物到大屏， FineVis通过数字化的设备监控， 智能化的根据指标来评价设备的状态，监控和提醒设备的生命周期，进一步提高工作效率，降低设备成本。产出情况的实时呈现和当天的生产指标的对比，管理者可以更精确的利用人工，推进项目进度。

3、提升资源的利用效率

一方面数字孪生甚至可以帮助制造商决定如何处理已达到产品生命周期终点并需要通过回收或其他措施进行最终处理的产品。通过使用数字孪生，他们可以确定可以收获哪些产品材料。另一方面，对于整个可利用资源的可视化加强了管理的便利性，更方便各类资源的利用。

通过FineVis制作的智慧医院大楼孪生体，管理者可以直接通过展开3D楼层和其数据来发现诊室/住院的预约情况。

通过切换，可以将门诊大楼，分层打开。管理者可以看到楼层具体的候诊科室以及目前患者挂号就诊情况。及时能够帮助医院及时进行合理的诊室资源调度。

四、国内知名数字孪生平台概览

国内数字孪生平台发展还处于起步阶段。受益于数字孪生应用需求大爆发，近年来国内数字孪生平台发展迅速，入局者不断增加。主流的具有代表性的数字孪生平台包括腾讯数字孪生云、卡奥斯D³OS、力控科技ForceCon-DTwin、华龙讯达木星数字孪生平台、同元软控MWORKS.TwinSim、安世亚太工业数字孪生产品平台、摩尔元数Wis3D、优锘科技ThingStudio、子虔科技X-Fusion、神州龙空间技术longmap数字孪生云平台等。

01安世亚太：工业数字孪生产品平台

多年来，安世亚太都在探索数字孪生技术的研究与发展，目前形成了面向工业、城市和国防领域的数字孪生产品和综合解决方案。其中，安世亚太工业数字孪生产品平台主要由七个功能模块组成，分别是：灵境数源（物联网平台）、智能魔盒（边缘智能设备）、数据磁石（数据汇聚平台）、灵境数湖（综合数据平台）、数据矩阵（模型运行支撑平台）、数镜（业务可视化平台）。这些功能模块涵盖数据采集、处理和模型构建、运行等，支撑产品研发、制造、测试验证和运维保障等阶段。

以某风机数字孪生体模型构建和健康管理应用为例，通过安世亚太工业数字孪生平台实现了风场级、风电机组级、部件级三层孪生体模型体系，以及从数据采集、数据处理到体系多模型运行资源优化调度的完整解决方案。再以某跨国大型制药企业的数字孪生工厂应用为例，通过采用安世亚太数字孪生解决方案构建数字孪生工厂，大幅提升客户药剂生产的收率，同时协助客户完成降本增效工作，提升整个工厂的运营收益。

02华龙讯达：木星数字孪生平台

数据作为新型生产要素，对传统生产方式变革具有重大影响。鉴于此，华龙讯达研发了木星数字孪生平台。该平台基于物理模型、传感器、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程的数据管理，实现产品数据在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程数字将工厂物理空间的控制、运行、质量、物耗、能耗等数据在虚拟空间中建立实时镜像进行虚拟制造仿真，并将仿真结果作用于物理空间现场，助力企业提升资源优化配置能力、生产过程控制能力、均质生产保障能力、柔性制造能力和敏捷生产能力。

目前，华龙讯达已为航空、新能源装备、汽车、交通、医药、石化、风电、核电等行业的头部企业构建数字孪生工厂。例如，欣旺达[4]借助木星数字孪生平台打造了数字孪生系统生产线，可进行仿真演练，优化生产模型并不断评估改进，实现了生产过程全流程监控；华润三九基于木星数字孪生平台，实现了车间数字孪生平台、设备生命周期管理、运维监视中心、远程智能运维、虚拟培训等五大应用服务；深圳巴士集团构建公交巴士智能运维管理平台，实现了运营数据驱动的可视化仿真，公交车故障得以快速处置，大幅提高运维效率、出勤率、安全性和服务质量。

03卡奥斯：D³OS

作为国内率先布局数字孪生技术的践行者，卡奥斯基于多年实践沉淀推出了数字孪生产品D³OS，包括DT Studio数字孪生场景编辑器、Data Space数字空间、DI Engine智能决策平台、IOT Plat物联平台、OS工业操作系统等产品及技术。其中，DT Studio数字孪生场景编辑器，主要用于构建孪生工业场景，包括工厂级、车间级、设备级以及零部件级孪生场景的搭建；Data Space数字空间用于支持海量数据源高效汇聚处理，提高企业数据可用性价值；DI Engine智能决策平台采用一站式构造AI算法，快速支撑建模业务，实现生产流程再造与优化；IOT Plat物联平台用于将设备接入物联网，并与DT Studio联动，高度还原现实生产场景；OS工业操作系统可用于自动化部署，快速构建业务应用。

目前，卡奥斯D³OS数字孪生解决方案已应用在高端装备、医疗、汽车配件、矿山、轨交等行业。以卡萨帝上海洗衣机工厂为例，通过卡奥斯D³OS数字孪生解决方案，打造出全球首家虚实共生的大规模定制互联工厂，实现厂区规划、产线及设备调试全部在虚拟环境中设计模拟，同时做到高保真100%还原；400余台设备、12条产线实时数据互联、孪生可视，AI自优化；强化学习技术融合数据治理，将数据力转变为洞察力，对生产及产业链进行优化，实现减碳30%。再如，基于卡奥斯D³OS数字孪生引擎，某医疗制造企业可借助知识图谱爆炸图快速精准定位问题，并及时与厂商联系高效解决设备故障，同时，通过D³OS可以进行设备数据报告异常、停机时长分析、低储预警以及设备告警，从而实现操作流程的详细信息都可以全流程管控。

04力控科技：ForceCon-DTwin

基于虚拟仿真与物联网底层技术，力控科技推出了数字孪生平台Forcecon-DTwin，采用了BS/CS双框架并行的开发理念，支持业界主流的网络协议、硬件接口和数据库，合理划分各个子系统功能逻辑，耦合度低，扩展性和开放性良好。Forcecon-DTwin具备三维模型管理、中间数据库、数据接口、H5多形式数据图表展示、设备管理、权限管理、监控可视化、告警可视化、运行可视化、操作可视化、门禁可视化、应用配置、B/S信息接入、终端协同、工艺规划配置、语音通讯功能、定位及跳转、漫游巡检、虚实联动等功能模块，可为企业提供数字孪生工厂的整体解决方案。

Forcecon-DTwin可以帮助企业实现多个目标，包括采集感知和反馈控制，互联、互通、互操作性，三维可视化，模拟仿真。例如，通过应用Forcecon-DTwin，中煤科工西安研究院实现了实时桌面监控系统与配套数据库、可以基于三维鸟瞰视角呈现园区总貌，实现天气预设，实时三维场景数据显示，官网总览等功能的构建，提高了管理效率，为数据化驱动的智能生活与办公提供了坚实的基础。

05摩尔元数：Wis3D

为解决传统3D开发渲染难、兼容性难、部署难、复用难的问题，拥有多年数字孪生开发项目经验的摩尔元数，推出了面向工业领域的三维可视化开发平台——Wis3D。该平台具有“快速搭建场景、支持多种3D格式、实时数据互动、可视化轨迹编辑、数据集中关联”的特性，满足各个领域的数字化、智能化的新需求。

Wis3D已在多家企业得到成功应用。例如，长虹河边镇工园大数据集控中心运用Wis3D数字孪生系统，实现全流程可视化监控、车间可视化设计、3D可视化展示；现春食品通过Wis3D数字孪生系统搭建仓储三维场景，并与其仓储管理系统结合，达成原料采购、生产加工与仓储发运等环节的数据联动、统筹管理，以此保障原辅料的来源可查、去向可追，协同资源的合理配置、成本控制。

06神州龙空间技术：longmap数字孪生云平台

为了支撑国内数字孪生的海量应用，神州龙空间技术于今年2月正式推出了自主研发的longmap数字孪生云平台，基于CIM（City Information Modeling，城市信息模型）、BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）和GIS（Geographic Information System，地理信息系统）技术，可实现卫星遥感数据、激光点云数据、干涉雷达数据等空间数据的深度融合。longmap数字孪生云平台具备大数据实时处理、“管理、发布、应用”一体化、快速渲染数据、可视化自定义标绘、二次开发、功能简易化六大特色。

Longmap数字孪生云平台广泛应用于多个领域，如自然资源、水务、警务、园区和农村宅基地管理等。在自然资源领域，Longmap数字孪生云平台为湖南省第二测绘院提供了强大的支持，不仅快速构建了自然资源三维立体时空数据库和数据库管理系统，还满足了政府和公众对自然资源基础数据的需求，实现了自然资源利用和保护的有效监管。在智慧警务领域，Longmap数字孪生云平台为龙华警务打造了智慧警务一张图系统，整合业务数据进行管理，使得警方能够更加准确地掌握治安形势和警情信息，及时发现并解决治安问题，为城市的安全稳定保驾护航。

07腾讯：数字孪生云

在2022腾讯全球数字生态大会上，腾讯正式发布了数字孪生云，通过游戏科技、云计算/云渲染、人工智能和领先的音视频传输4大技术能力，构建业务实时孪生数字底座。数字孪生云具备全真映射、实时计算、数据驱动、泛在连接的四大能力特点，重点解决全流程及决策可视、决策优化、跨时空在场协同以及泛在触达等问题，同时为业务经验沉淀并转换成知识提供一个低门槛平台。用户基于该产品可实现孪生应用的快速搭建和业务创新。

在行业应用上，腾讯基于数字孪生云助力交通、能源、建筑等行业低门槛地进行数字孪生应用开发和迭代。比如，为智慧交通行业构建了一套低延迟、可计算和全场景覆盖的实时孪生平台，打通了云边端界限，可支撑交通系统的管理、调度、应急和服务；为建筑行业打造了一个建筑空间物联网类操作系统——微瓴数字孪生平台，通过开放性的数字孪生底座，统一了接口标准，连接打通了建筑内的各个子系统；为能源行业构建了贯通生产设备、辅助设施、原料产品和人员环境等业务的Tencent EnerTwin能源数字孪生底座；为生产制造行业打造了腾讯Wemake数字孪生工厂解决方案，满足了工厂的设备数字化、产线数字化、作业数字化、工厂数字化等建设需求，助其数字化转型。

08同元软控：MWORKS.TwinSim（复杂装备数字孪生平台）

基于自身多年的数字工程应用经验，同元软控形成了复杂装备数字孪生平台MWORKS.TwinSim，旨在实现高保真数字模型与实物的虚实交互与高效运行，在试验鉴定与运维保障等阶段，支撑模拟、监测、评估、预测、优化、控制等应用模式，为物理实体增加或扩展新的能力。基于该复杂装备数字孪生平台，可以实时接收实测数据（遥测数据、试验数据、物联网数据等），驱动数字孪生体仿真运行，并以数值、曲线、图表、三维视景等方式对仿真数据与实测数据进行多维度展示。

例如，航天科技五院利用复杂装备数字孪生平台，首次实现了我国航天器在轨运行数字模型实时伴飞，支持开展嫦娥五号探测器供配电系统在轨运行状态全任务、全时段监控，解决非测控弧段缺失遥测数据而带来的状态监控盲区问题，通过快速仿真推演预测未来的供配电系统运行状态，任务期间供配电系统的关键指标仿真结果值与遥测值误差约5%以内，为在轨飞控的顺利应用奠定了坚实基础；同时，航天科技五院利用复杂装备数字孪生平台，实现了我国空间站三舱全系统数字伴飞，通过开展在轨状态监控、状态快速预示辅助风险早期预警与故障定位处置，全面支持空间站数字化运维。国家数控系统工程技术研究中心利用复杂装备数字孪生平台，构建了数控机床数字孪生，实现了数控机床加工结果高精度预测，显著提升了数控机床加工质量。

09优锘科技：ThingStudio

作为在数字孪生技术深耕的集大成者，优锘科技推出的一站式数字孪生开发平台ThingStudio，涵盖从产品到工具、资源、服务的一站式数字孪生应用的构建。ThingStudio可以看作是数字孪生的一个大型加工厂，为用户提供全系列的生产设备，能够灵活组成各式各样的生产线，去满足各行各业、各种数字孪生应用场景的需求。

众多企业用户已经使用了优锘科技的一站式数字孪生开发平台ThingStudio。例如，蔚来汽车基于ThingStudio建设了国内首个换电站可视化运维管理平台，通过故障定位、换电流程、告警监控三大可视化功能，将实时的基础数据、物联网设备、新一代技术进行了整合，有助于提升换电站的运维水平；新华三联合优锘科技，以数字孪生技术为紫光股份智能工厂打造运营管理中心，助力紫光智能工厂实现实时、透明的3D数字孪生可视化。

10子虔科技：X-Fusion

为帮助客户实现可持续的创新，子虔科技推出了X-Fusion，通过模型驱动开发和业务运行，图形化方式定义数据模型、流程模型，让用户能够轻松创建、编辑和优化业务流程，自动化数据关联与匹配，快速搭建数字孪生体。X-Fusion实现了以模型为载体的“端对端”数字化连续过程，使企业能够全面数字化并优化业务流程。此外，它还构建了语义统一的企业模型网络，通过语义关联和数据共享，实现了不同模型之间的协同工作。

例如，某电子制造业供应链平台使用X-Fusion数据基座打造了一套设计制造协同方案，解决产品设计与制造之间的协同问题。实现了数据格式解析和转换、分层渲染展示、二维和三维模型转换和映射等关键模块；某机械厂借助子虔科技提供的完整的物联网部署方案，实施了IoT数据采集系统，并通过X-Fusion快速关联和解析，满足了客户的需求和提高客户的满意度，同时也有助于机械厂长期发展和收益的增加。

文章来源： 数字化企业，捷码Gemcoder，外星人智造