第1章 数字孪生的发展

当前，世界处于百年未有之大变局，数字化转型是我国经济社会未来发展的必由之路。数字化经济发展是全球经济发展的重中之重，“数字孪生（Digital Twin）”这一词汇正在成为学术界和产业界的一个热点。数字孪生作为近年来的新兴技术，其与国民经济各产业融合不断深化，有力推动着各产业数字化、网络化、智能化发展进程，成为我国经济社会发展变革的强大动力。其思想是在虚拟空间中运用数字化技术完成物理实体的几何属性、物理规律、行为、规则等全方面、多尺度、多维度、多物理量的动态模拟、监控、诊断、预测，以完成物理实体的全生命周期的管控与优化。

数字孪生常常与信息物理系统（CPS）、人工智能、机器学习、虚拟现实/增强现实、大数据和云计算、区块链等热点名词联系在一起，正是这些热点技术的高速发展，推动了数字孪生的出现和发展，而数字孪生应用的不断深入，也促进了这些技术的发展。

世界著名咨询公司Gartner连续三年（2017～2019年）将数字孪生列入十大战略性科技发展趋势，德勤发布的《德勤2020技术趋势》中数字孪生是五大可引发颠覆性变革的关键新兴趋势之一，上海图书馆（上海科学技术情报研究所）发布的《2020全球前沿科技热点研究》报告中评选出了7个领域的20项前沿科技热点，数字孪生也罗列其中。市场研究公司Markets&Markets预测，数字孪生市场从2019年到2025年将增长十倍，从每年38亿美元增长到358亿美元，年复合增长率（CAGR）高达37.8%，汽车和交通运输行业的数字孪生市场将占据最大的市场份额。此外在航空航天领域，飞机的非计划维护活动会给乘客带来压力和不便。美国通用电气（GE）发布的《未来工作》报告显示，此类活动给全球航空业造成的损失估计高达80亿美元。采用数字孪生有助于预测停运，可以降低航空公司的成本，从而缓解航空业旅行延误带来的不便。数字技术的发展，使万物皆可“数字化”与“孪生化”，在未来的世界中，数字孪生技术将应用在我们生活的方方面面。全球知名的未来学家Thomas Frey预测，到2022年，85%的物联网平台将使用某种数字孪生技术进行监控，并且在智能家居管理、工业设备监控、远程操控、智慧城市管理、现实世界探索、健康监测与管理、大脑活动的监控与管理等七个方面极大改变现有的工作和生活方式。

围绕数字孪生的学术论文、书籍以及各类讲座层出不穷，百花争艳，不同的人、不同的公司对数字孪生的解读也各不相同。数字孪生是什么？它是如何产生和发展的？数字孪生能解决什么问题？数字孪生如何构建？这些问题将在本书中给大家逐步解答。