《数字孪生体技术白皮书》重磅发布（附完整版下载）( 二 ) 导读：这几年

01 数字孪生体的定义本研究报告给出数字孪生体的定义如下：
数字孪生体是现有或将有的物理实体对象的数字模型，通过实测、仿真和数据分析来实时感知、诊断、预测物理实体对象的状态，通过优化和指令来调控物理实体对象的行为，通过相关数字模型间的相互学习来进化自身，同时改进利益相关方在物理实体对象生命周期内的决策。
02 数字孪生系统参考架构本研究报告提出数字孪生系统的通用参考架构。一个典型的数字孪生系统包括用户域、数字孪生体、测量与控制实体、现实物理域和跨域功能实体共五个层次（图A-1）。
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▲图A-1 数字孪生系统的通用参考架构
第一层是使用数字孪生体的用户域，包括人、人机接口、应用软件，以及其他相关数字孪生体（本研究报告称之为共智数字孪生体，简称共智孪生体）。
第二层是与物理实体目标对象对应的数字孪生体。它是反映物理对象某一视角特征的数字模型，并提供建模管理、仿真服务和孪生共智三类功能。

建模管理涉及物理对象的数字建模与展示、与物理对象模型同步和运行管理。
仿真服务包括模型仿真、分析服务、报告生成和平台支持。
孪生共智涉及共智孪生体等资源的接口、互操作、在线插拔和安全访问。

建模管理、仿真服务和孪生共智之间传递实现物理对象的状态感知、诊断和预测所需的信息。
第三层是处于测量控制域、连接数字孪生体和物理实体的测量与控制实体，实现物理对象的状态感知和控制功能。
第四层是与数字孪生体对应的物理实体目标对象所处的现实物理域。测量与控制实体和现实物理域之间有测量数据流和控制信息流的传递。
测量与控制实体、数字孪生体以及用户域之间的数据流和信息流动传递，需要信息交换、数据保证、安全保障等跨域功能实体的支持。信息交换通过适当的协议来实现数字孪生体之间交换信息。数据保证负责数据传递的安全保障，负责数据和信息传递的认证、授权和保密。数据保证和安全保障一起提供数据的准确性和完整性。
03 数字孪生体成熟度模型数字孪生体不仅仅是物理世界的镜像，也要接收物理世界实时信息，更要反过来实时驱动物理世界，而且进化为物理世界的先知、先觉甚至超体。这个演变过程称为成熟度进化，即一个数字孪生体的生长发育将经历数化、互动、先知、先觉和共智等几个过程（图A-2）。

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▲图A-2 数字孪生体成熟度模型
1. 数化
“数化”是对物理世界数字化的过程。这个过程需要将物理对象表达为计算机和网络所能识别的数字模型。
建模技术是数字化的核心技术之一，如测绘扫描、几何建模、网格建模、系统建模、流程建模、组织建模等技术。物联网是“数化”的另一项核心技术，将物理世界本身的状态变为可以被计算机和网络所能感知、识别和分析。
2. 互动
“互动”主要是指数字对象间及其与物理对象之间的实时动态互动。物联网是实现虚实之间互动的核心技术。
数字世界的责任之一是预测和优化，同时根据优化结果干预物理世界，所以需要将指令传递到物理世界。物理世界的新状态需要实时传导到数字世界，作为数字世界的新初始值和新边界条件。另外，这种互动包括数字对象之间的互动，依靠数字线程来实现。
3. 先知
“先知”是指利用仿真技术对物理世界的动态预测。这需要数字对象不仅表达物理世界的几何形状，更需要在数字模型中融入物理规律和机理。
仿真技术不仅建立物理对象的数字化模型，还要根据当前状态，通过物理学规律和机理来计算、分析和预测物理对象的未来状态。这种仿真不是对一个阶段或一种现象的仿真，应是全周期和全领域的动态仿真。