数字孪生：驱动未来变革的核心科技
你是否曾遭遇车辆在荒野突然抛锚的困境？自己束手无策，周边更没有维修点。但假如您的爱车拥有数字孪生系统，一切将迎刃而解——它能同步模拟车辆运行，实时反馈各部状态，提前预警潜在故障，让意外抛锚成为历史。
这就是“预测性维护”，数字孪生技术的杀手锏之一。数字孪生即在虚拟世界构建物理对象的动态数字模型，通过传感器实时采集数据，让模型随实体同步演化。借助它，我们可对实体进行分析、预测、诊断乃至训练，实现最优决策。从微小螺丝到庞大城市，万物皆可拥有数字分身。
数字孪生并非全新概念，而是建模仿真技术在制造领域的跃升。相比传统仿真，它的模型数字化、动态化，始终与物理对象保持一致。该术语最早用于航空航天，模拟飞行器任务前的虚拟飞行，优化参数。如今，它已成为工业与学术界的焦点。
当前，数字孪生已深度渗透工业领域。在虚拟空间打造产品数字模型，完成设计、工艺优化乃至工厂布局模拟，实现资源智能调配与高效生产。例如，西门子构建企业数字孪生体系，打造虚拟车间；通用电气在Predix平台上监控飞机发动机，进行故障预测；特斯拉为车辆配备数字孪生，通过传感器数据实时更新程序。预计到2021年，全球过半大型工业企业将采用此技术，效率提升10%。
数字孪生更是数字化转型的关键推手。融合物联网、5G、大数据、云计算与虚拟现实，其应用场景持续拓展。在医疗领域，患者佩戴传感器即可生成AI实时监测的数字孪生模型，体征变化同步映射，助力医生跟踪病情、快速干预并模拟治疗方案，大幅缩短新药研发周期。智慧城市、精准农业、沉浸式教育等都将因数字孪生而焕然一新。
数字孪生发展仍面临挑战，核心在于保障数字模型的可信度。构建高质量模型，精准反映物理实体特性，仍是漫长征程。目前，它在多数场景仅能作为决策辅助。
(作者为北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院教授、国际建模仿真学会前主席)
《 人民日报 》( 2020年09月29日 18 版)
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