发布日期：2026-05-21 16:25    点击次数：134

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　　作家：华如参议院 陈敏杰 张柯 

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　　一、什么是数字孪生？

　　数字孪生想法佛过梗概20年的发展和演变，当下已成为热门，数字孪生所以建效法真为中枢的一种技能，也不错称为是建效法真技能的演化发展，并非对建效法真技能的取代。在建效法真技能界限也曾存在好多短板和“卡脖子”的情况下，对数字孪生的参议应建立在建效法真技能基础上依次渐进。洽商到数字孪生技能对建效法简直拓展和鼓吹，以及引出的新的问题，也有必要开展潜入参议，在奉命科学客不雅法令的前提下，争取罢了少走弯路和跳动式发展。

　　数字孪生应具有如下三个基本特色，所针对的对象或过程开端具偶然刻上的宏不雅合手续性，大约不雅测和获取系统景况数据，况兼具有在线或及时干预、颐养的必要和可能。在这个前提下，通过构建数字孪生体并在其上开展参议和分析，最终反馈或作用于物理寰球，是数字孪生想法或酌量技能的前提和就业任务。除此除外的数字化技能严格酷爱来讲齐不可称为数字孪生，举例谋略机扶持工程接收数字化技巧对系统结构、电磁、热的分析，系统仿真中的弹说念仿真和适度系统仿真，作战抵拒的谋略机兵棋或谋略机生成军力等，这些数字化方法齐不错也应当是数字孪生技能栈的一部分，但需要有新的架构和范式的牵引和校阅集成。

　　进一步从数字孪生的参议对象来看，至少不错分为苟简系统和有组织的复杂系统（或称为“体系”），所谓苟简系统是系统的机理是笃定的、不错用数学方程加以描述的，举例航天器；有组织的复杂系统无法用数学方程描述，且自己具有不笃定、无极、自大等特色，举例城市、干戈或坐蓐制造系统。这两类系统的数字孪生最大的互异是模子和建模方法，其次在系统不雅测和反馈适度上也有显赫的互异，以至径直决定工程可罢了性，最终体当今不同系统数字孪生构建范式上。

　　二、数字孪生的酌量想法

　　数字孪生：Digital Twin（数字双胞胎），也被称为数字映射、数字镜像。是充分利用物理模子、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多圭表、多概率的仿真过程，在编造空间中完成映射，从而反馈相对应的实体装备的全生命周期过程。

　　数字孪生体：数字孪生体是现有或将有的物理实体对象的数字模子，通过实测、仿真和数据分析来及时感知、会诊、斟酌物理实体对象的景况，通过性能和景况优化以及指示发送来调控物理实体对象的步履，通过酌量数字模子间的互相学习来进化自己，同期改进利益酌量方在物理实体对象生命周期内的决策。

　　MBSE：基于模子的系统工程（Model-Based Systems Engineering，MBSE）是建模方法的体式化应用，以使建模方法支合手系统需求、联想、分析、考据和说明等当作，这些当作从想法性联想阶段运行，合手续聚拢到联想开发以及其后的通盘寿命周期阶段。

　　X 话语：是一种面向复杂系统支合手 MBSE 的新一代一体化建效法实话语，X 话语深度交融现有建模话语 SysML、Modelica 的念念想及描述范例，基于突破事件系统范例 (Discrete Event System Specification, DEVS)，罢了系统架构联想和物感性情的一体化建模。

　　LVC：源于军事的一种仿真技能。"实况-编造-构造" (Live、Virtual、Constructive, LVC)，Live代表实在的东说念主操作实在的装备，Virtual代表实在的东说念主操作模拟器，Constructive代表纯数字模子，在军事仿简直应用中，无边存在以模子西宾、检修毅力、装备论证和作战实验为主张，将LVC三种景色的实体在团结个场景中合伙运行。LVC的体式和很大量字孪生的场景至极近似。

　　模子：模子是对客不雅寰球中的实体和当作进行抽象而形成的正规化的抒发。模子的抒发体式不错是标记、图形、文本、数学公式、几何结构等等。模子的作用是匡助东说念主类分析问题、处置问题、传播理念。

　　三、数字孪生的三个误区

　　连年来，数字孪生技能在航空航天、工业制造、交通物流等多个行业中被当年应用，但各个行业对数字孪生的剖判存在着互异，构建数字孪生体也存在着不同的神志。针对数字孪生无边存在以下几个误区：

　　01 三维便是数字孪生

　　以为三维便是数字孪生，忽略数字孪生的弱点作用是分析复杂系统，三维视景仅仅结构的可视化，使得东说念主们不雅察孪生对象时有了更直不雅的感受，关联词与关于其内在机理的挖掘和推演还有很大距离；

　　02 以虚控实便是数字孪生

　　以为在与现实寰球双向映射的编造场景中，东说念主们不错适度物理寰球中的某些开导，下达指示便是数字孪生。忽略了数字孪生的扶持决策以至自主决策的作用；

　　03 稀有据无模子

　　在数字孪生系统中，数据存储在关系型数据库或者大数据中，数据大多以二维表的体式存在，数据间的关联关系通过主键、外键或者类SQL查询语句建立。这种体式，莫得在数字空间中，对孪生对象建立起举座的架构模子，也无法形成数据和业务问题间的关联关系，从而无法从数据的角度哄骗模子算法去挖掘出更深眉目的逻辑关系。

　　以上几种误区制约着数字孪生酌量技能和应用的发展。

　　四、数字孪生的三种景色

　　数字孪生涯在三种景色，永别是原生、孪生和共生。

　　01 原生

　　物理寰球中尚未出现或者未成型，需要先在数字空间中构建，从而辅导物理实体或者有规划的罢了。此时物理寰球对数字寰球的映射接收离线非及时的神志。

　　02 孪生

　　将物理寰球中善良的实体映射在数字空间中，不错及时或者离线式的进行双向的映射和适度。

　　03 共生

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　　数字实体和物理实体不分主次，互相依存，不可偏废。

　　三种景色不存在递进关系，而是凭据不同的应用场景，使用不同的景色。举例原生景色一样应用在复混居品或者复杂体系的联想；孪生景色一样应用于园区、场站、工场的运营；共生景色是未来的一种模式，跟着元天地酌量技能和应用逐渐普及，其应用将会越来越多。

　　五、数字孪生的对象

　　数字孪生的对象包括两个维度：系统和体系。

　　系合伙词来源于英文system的音译，即些许部分互相酌量、互相作用，形成的具有某些功能的举座。中国着名学者钱学森以为：系统是由互相作用互相依赖的些许组成部分结合而成的，具有特定功能的有机举座，而且这个有机举座又是它附属的更大系统的组成部分。从建效法简直角度来看，系统一样由固定结构的系统或者分系统，为了完成特定标的而组合组成的。

　　体系（System of Systems, SoS）是一个由多个系统组成的特别系统；每个组成的系统齐有其各自的管理、标的和资源，同期这些系统在体系中进行相助以达成体系的标的。

　　体系天然是由系统组成，关联词与系统有至极大的死别，这些死别齐对数字孪生的罢了有着不同的影响。

　　01 结构性

　　系统的结构是组合关系，其组成身分相对固定，体系的结构是团员关系，跟着外部和里面的变化，会动态颐养。

　　02 标的性

　　系统的标的相对明确，不错通过些许量化的主张来进行度量，体系的标的存在一定的不笃定性，需要通过群众定性的告诫结合定量主张来协同完成，完成标的的评价维度也比拟高。

　　03 复杂性

　　系统和体系齐具有复杂的特色，关联词系统的复杂性一样体当今对其物理特征的描述方面，而体系的复杂性更多的体当今其组成身分的数目多、散播广以及身分的动态团员和步履自大方面。

　　体系和系统的互异形成对数字孪生的技能罢了有在不同的条目，如表所述。

表1 技能条目对比

Tab.1  Comparison of technical requirements

　　六、数字孪生的应用场景与锻练度

　　数字孪生的应用场景可分为以下三种：

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　　01 运营决策

　　哄骗物联网、东说念主工智能等技能，对现有物理开导或者系统进行集成，不错及时监控运奇迹态，用于城市治理、园区（场站）运维、装备故障斟酌和健康管理、产线排程疏通、运行能耗分析等；

　　02 优化联想

　　哄骗CAX、建效法真、运筹学和东说念主工智能等技能，开展居品联想、物流谋略、工艺和产线联想等就业；

　　03 培训演练

　　哄骗东说念主工智能、编造现实等技能，将使用者带入编造或虚实结合场景，对济急事件、工艺操作等过程进行反复培训、演练和窥伺。

　　不同应用场景其对技能条目存在互异，在运营决策场景，更善良的是智能度，能否匡助东说念主们扶持决策；在联想决策场景，善良的是实在度，更侧重模拟实在寰球的实在度；在培训演练场景，是但愿让受训东说念主员投入到更传神的场景，因此更侧重其拟真度。将锻练度等第分为三级，具体如表所述。

表 2   锻练度等第

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Tab.2  Level of Maturity

　　七、“建模-承接-度量-优化”的数字孪生体构建范式

　　数字孪生体构建范式的中枢是模子，通过建模、承接、度量和优化四个要津的螺旋迭代，构建一个合手续的、泰斗的、抽象的，具有强关联结构、动态的、可扩张的数字孪生体，不错为分析问题、处置问题提供真相源。

　　该方法以基于模子的系统工程方法（MBSE）将孪生的物理对象用模子的神志进行抒发；然后建立起模子和模子间、数据和数据间、模子和数据间、模子和物理事件间的关联，从而不错成体系的将多样来源的数据、模子整合起来，形成一个描述孪生对象的动态的数字实体；在该基础上，通过建立量化主张体系，结合群众告诫的定性分析，并接收仿真技能和数据采集的技巧，解算度量值；终末哄骗运筹学、神经鸠集等技巧，对孪生体模子参数进行调优。以上要领反复螺旋迭代，不错对孪生对象开展多维度、多视点的参议，为识别法令、优化联想、斟酌演化提供撑合手。

图 1 数字孪生构建范式

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Fig1.  Paradigm of DT Construction

　　01 建模

　　数字化有别于信息化、自动化的弱点符号是模子。模子是对客不雅事物的正规化抒发。模子的种类不错分为想法模子、架构模子、算法模子、仿真模子等等。建模是凭据孪生对象的内在机理和外皮环境，以界限元模子为范例，以架构模子视图的体式对孪生对象进行描述和抒发，建模的产出物是一组体系模子视图，赫然、明确的界说了视图模子间的结构和关联。

　　02 承接

　　承接是将第一个要津“建模”的输出：体系模子视图，与仿真模子、数据和物理传感器建立起映射关系的当作。传统的虚实映射，更多的是通过数据接口或者API接口建立起关联关系，莫得架构的经管和范例，当数据源或者环境等身分发生变化时，需要在代码层再行联调。本要津是在“建模”的收尾上，将架构模子和仿真模子、数据源、传感器等进行关联，当发生变化时，不错直不雅在模子视图上进行更新。

　　03 度量

　　度量是对数字孪生体的多维度的、量化的特征抒发，亦然考据、校验和说明数字孪生体模子的紧迫要领。度量是从多个视角，对数字孪生体进行主张联想、数据生成、数据鸠集以及挖掘分析的合手续定量化过程。主张联想是指从多个善良点启程联想关联主张和团员的主张体系；数据生成是指仿真引擎疏通模子产生数据的过程；数据采集是指从仿真系统或者物理传感器中征集数据的过程；主张解算是将采集的数据按照主张算法解算的过程。

　　04 优化

　　优化是联想标的函数，哄骗运筹学、神经鸠集等算法模子，通过颐养“建模”中的模子参数，从而获取最优或者最允洽收尾的过程。优化一样接收定性和定量结合的神志，明确的问题用笃定的章程算法，举例线性谋略、动态谋略等，不笃定的问题接收神经鸠集扶持的神志开展。

　　05 迭代

国泰君安证券指出，吃饭行情并未结束，单边拉升转向热点扩散。上周不论是权重（上证、沪深300）还是宽基（Wind全A）均出现了高位震荡，部分投资者疑虑“吃饭行情”是否已经结束了。并未结束，单边拉升转向热点扩散：1）在6月末，宏观风险的暴露和跨资产的定价均已经非常充分，股票指数底部也已基本探明；2）经济状态环比企稳与决策层的积极表态（承诺扩大内需和提振信心，活跃资本市场），投资者预期特点将更易底部向上博弈和演进；3)指数空间的打开有赖于中长期预期的改善和不确定性降低，这需要更强有力的改革与举措。但是这并不妨碍在当下股票作为“资产属性”与交投的改善，意味着投资机会与交易热点将频现。因此，前期地产和非银强势板块的波动并不意味着吃饭行情结束，反之热点将扩散。

国泰君安证券指出，吃饭行情并未结束，单边拉升转向热点扩散。上周不论是权重（上证、沪深300）还是宽基（Wind全A）均出现了高位震荡，部分投资者疑虑“吃饭行情”是否已经结束了。并未结束，单边拉升转向热点扩散：1）在6月末，宏观风险的暴露和跨资产的定价均已经非常充分，股票指数底部也已基本探明；2）经济状态环比企稳与决策层的积极表态（承诺扩大内需和提振信心，活跃资本市场），投资者预期特点将更易底部向上博弈和演进；3)指数空间的打开有赖于中长期预期的改善和不确定性降低，这需要更强有力的改革与举措。但是这并不妨碍在当下股票作为“资产属性”与交投的改善，意味着投资机会与交易热点将频现。因此，前期地产和非银强势板块的波动并不意味着吃饭行情结束，反之热点将扩散。

　　以上四个要津，反复螺旋迭代，主张是构建一个合手续的、泰斗的、可提供泰斗真相源的数字孪生体过甚运行环境。

　　八、典型应用场景

　　01 场景一：供应链优化疏通-产运销一体化调运优化数字孪生

　　某大型能源企业，濒临能源供应安全、保电保供等试验得当，以及运载鸠集结构苟简抗风险才调较差、东说念主力资源本钱较高、供应链业务应用模式与试验业务需求匹配度不高、供应链运行后果低等诸多问题，需要对其产运销一体化调运系统构建一个数字孪生系统，使企业罢了数字化转型、及时化疏通，擢升供应链鸠集举座竞争力，提高坐蓐后果、运营后果和安全性。该数字孪生系统的应用场景属于运营决策中的供应链优化，按照建模、承接、度量和优化构建其数字孪生体，并优化有规划。

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　　数字孪生体由煤矿、转运点、货运列车、铁道路、指示疏通中心、口岸、船舶、电厂、煤居品等组成，每个实体凭据其特征联想了参数和步履经过，并建立模子及各个实体间的关系，以及结合企业的运载鸠集结构、业务流转关系等特征，完成通盘这个词产运销一体化调运优化业务模子及场景模子的配置，酌量实体业务模子及场景模子如图2所示。

图 2  装车站点、口岸业务模子

Fig2.  Model of Loading Station and Port Business

　　同期，将实体参数与MIS系统中及时采集的数据进行承接，在仿真系统中通过哄骗搀杂线性筹合算法，基于效益最高的标的进行仿真和主张的谋略；在优化要津，通过东说念主在回路的神志颐养由于算法的问题导致不可实施的部分，进行有规划调优。通过反复迭代，最终形成可下发给各个要津的疏通任务。经过优化的有规划与同比有规划经过数学测算，可擢升举座利润率。

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图 3  铁路运载鸠集模子

Fig3.  Model of Rail Transportation Network

　　02 场景二：复杂装备联想-某型舰艇能源安设数字孪生

　　某型舰艇能源安设主要包括泵、阀、换热器、管说念、水箱等、电机、开关、继电器等开导，是一个触及范围广、界限强大、系统复杂、技能密集的紧迫系统，径直关系舰艇遂行任务的到手与否。如何合理联想酌量参数，是舰艇能源安设参议的主要问题。

　　（1）建模

　　舰艇能源安设模子组件包括可视化组件和开导模子组件，可视化组件是模子无关的，开导模子组件是不错用于组态建模并可在仿真引擎中加载运行的系统模子。针对复杂系统，开导模子组件是一个多专科界限的复合模子，以能源安设为例，典型的系统组件包括：热工水力组件（泵、阀、换热器、管说念、水箱等）、适度组件（适度器，与门，或门等）、电气模子（电机、开关、继电器等）。

　　（2）承接

　　需要完成的就业东要包括：组件拖放和连线确立。拖放组件在系统中添加现时模子，组件之间连线描述了两个组件之间的变量传递关系。

　　（3）度量

　　舰艇能源安设模子运行过程中，各开导的运行数据及时采集到系统中，可通过可视化界面及时不雅察开导的运奇迹态，同期系统也会给出开导的运行趋势，扶持联想东说念主员对开导参数进行趋势分析。如下图所示。

图 4  舰艇能源安设模子可视化界面

注：因数据敏锐，上图趋势数据为恒定值。

Fig4.  Visual Interface of the Ship's Power Equipment model 

　　（4）优化

　　舰艇能源安设的优化问题触及多个开导、多个子系统的参数寻优，系统提供了G-N法、L-M法、线性谋略、动态谋略、神经鸠集算法等多种优化算法，用户可通过组态裁剪器，不休优化颐养模子参数，仿真引擎装载各开导模子参数，在谋略步长内，实施优化算法并进行数据交换，获取的最优或者最允洽的收余数据会经过预处理后推上前端。

　　03 场景三：济急模拟演练-化工场赈济演练数字孪生

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　　针对某石油化工单元预警斟酌才调弱、事故成因分析难、济急处置后果低等问题，构建模拟仿真演练数字孪生系统，为开导预警斟酌、济急处置演练提供应用场景，通过构建仿真模子、结合装备数据、仿真处置经过，从而完成石油化厂站的济急演练和培训，如下图所示。

图 5化工场济急演练仿真模子

Fig5.  Model of Chemical Plant Emergency Drill 

　　在数字孪生系统成立中，以安全事故为重心善良对象，建立工场环境、开导外不雅、物理机理、经过步履、处置递次等参数化、全身分的模子；及时接入储罐、设施等运行数据，罢了物理实体与编造实体的映射；通过东说念主在回路的神志在数字空间中驱动模子运行和展现，并对弱点主张进行评估和分析；从而扶持开展安全事故济急预案优化，增强东说念主员济急处置才调，擢升石化厂精致预警、特情处置的举座水平。

　　九、数字孪生居品先容

　　上述构建多样数字孪生体所使用的仿真器具为华如科技的“TSIM装备数字孪生”系列居品，居品以自主可控的复混居品合伙建模话语“X话语”和基于模子的系统工程（MBSE）为辅导，围绕复杂装备的联想、制造、测试和运营全生命周期，提供体系架构建模、装备编造样机、运营谋略仿真、半什物仿真、装备编造实训等才调。居品在处置复杂装备的架构联想与装备制造全周期系统仿真考据方面具备先进性和转换性央博数字传媒的产品，是首个将突破事件仿真、建模话语、智能体建模等技能用于工业制造的工程化居品，完满自主可控，仿真引擎和散播式中间件的性能处于海外开端地位。面前居品在核能源、探月工程和计策装备研制中起到国产替代的作用，可为国度数字化转型升级、智能制造等发展计策提供技能撑合手。