产品数字孪生体的内涵

产品数字孪生体的内涵从数字孪生体的起源和目前发展来看，其应用主要还是集中在产品设计和运维阶段的数字孪生体范畴，但是随着大数据、物联网、移动互联网、云计算等新一代信息与通信技术的快速普及与应用，以及当前各国先进制造战略如德国工业 4.0、美国工业互联网战略和中国制造 2025 等的提出，数字孪生体已经超出了其传统的产品设计和运维阶段的数字孪生体范畴。为了便于理解 DigitalTwin，本文给出了数字孪生、数字孪生体、数字孪生模型和产品数字孪生体的定义。数字孪生是指利用数字技术对物理实体对象的特征、行为、形成过程和性能等进行描述和建模的过程和方法，也可称为数字孪生技术。数字孪生体是指与现实世界中的物理实体完全对应和一致的虚拟模型，其可实时模拟其在现实环境中的行为和性能，也称为数字孪生模型。可以说，数字孪生是技术、过程和方法，数字孪生体是对象、模型和数据。数字孪生技术不仅仅是利用人类已有理论和知识建立虚拟模型，而且可利用虚拟模型的仿真技术探讨和预测未知世界，去发现和寻找更好的方法和途径、不断激发人类的创新思维、不断追求优化进步，因此，数字孪生技术给当前制造业的创新和发展提供了新的理念和工具。在未来，在虚拟空间都将存在一个与实体空间里的实体完全一模一样的数字孪生体，例如，物理工厂在虚拟空间有对应的工厂数字孪生体，物理车间在虚拟空间有对应的车间数字孪生体，物理生产线在虚拟空间有对应的生产线数字孪生体等。作为数字孪生技术在产品研发过程中最重要应用的产品数字孪生体，目前其研究尚处于探索阶段，研究成果相对较少且缺乏系统性。本文总结国内外关于产品数字孪生体的相关研究成果，并结合多年的研究基础，提出了如图 3 所示的产品数字孪生体的内涵体系框架。产品数学拿生体的内谢休产胡数宇宰生体的内涵体眾图 3 产品数字孪生体的内涵体系框架（1）产品数字孪生体的定义综合考虑已有的产品数字孪生体的演化过程和相关解释，笔者给出产品数字孪生体的定义：产品数字孪生体是指产品物理实体的工作状态和工作进展在信息空间的全要素重建及数字化映射，是一个集成的多物理、多尺度、超写实动态概率仿真模型，可用来模拟、监控、诊断、预测、控制产品物理实体在现实环境中的形成过程、状态和行为。产品数字孪生体基于产品设计阶段生成的产品模型，并在随后的产品制造和产品服务阶段，通过与产品物理实体之间的数据和信息交互，不断提高自身完整性和精确度，最终完成对...