2020版数字孪生应用白皮书

白皮书通过梳理数字孪生技术和产业应用发展情况，分析数字孪生技术热点、行业动态和未来趋势，提出相关的标准化工作需求，希望可以作为数字孪生技术领域、产业发展和标准化之间的初始连接纽带，以加快推动数字孪生发展应用。

此次白皮书重点考察了我国数字孪生应用的发展现状与趋势，并指出数字孪生将从以下六个应用层面推动我国经济社会的发展：

一是促进数字经济与实体经济融合，加快产业升级。

二是贯通工业生产信息孤岛，释放数据价值。

三是统筹协调系统内外部变化，实现资源能源优化配置。

四是实现全要素数字化，推动新型智慧城市建设。

五是优化城市设计布局，打造科学公共服务体系。

六是基于医疗大数据合理分配医疗资源，提升公共健康保障效率。

以下为全文：

（一）数字孪生发展背景

“孪生”的概念起源于美国国家航空航天局的“阿波罗计划”，即构建两个相同的航天飞行器，其中一个发射到太空执行任务，另一个留在地球上用于反映太空中航天器在任务期间的工作状态，从而辅助工程师分析处理太空中出现的紧急事件。当然，这里的两个航天器都是真实存在的物理实体。

2003年前后，关于数字孪生（Digital Twin）的设想首次出现于Grieves教授在美国密歇根大学的产品全生命周期管理课程上。但是，当时“Digital Twin”一词还没有被正式提出，Grieves将这一设想称为“Conceptual Ideal for PLM（Product Lifecycle Management）”，如 图1所示。尽管如此，在该设想中数字孪生的基本思想已经有所体现，即在虚拟空间构建的数字模型与物理实体交互映射，忠实地描述物理实体全生命周期的运行轨迹。

直到2010年，“DigitalTwin”一词在NASA的技术报告中被正式提出，并被定义为“集成了多物理量、多尺度、多概率的系统或飞行器仿真过程”。2011年，美国空军探索了数字孪生在飞行器健康管理中的应用，并详细探讨了实施数字孪生的技术挑战。2012年，美国国家航空航天局与美国空军联合发表了关于数字孪生的论文，指出数字孪生是驱动未来飞行器发展的关键技术之一。在接下来的几年中，越来越多的研究将数字孪生应用于航空航天领域，包括机身设计与维修，飞行器能力评估，飞行器故障预测等。