数字孪生与仿真技术

本人主要做与材料相关的计算机模拟仿真，涉及到热力耦合分析，对仿真有所了解，但是对数字孪生只是听说，借此机会查看相关论文以作了解。以下评论内容摘录自以下文献，想要详细了解的同学可以自行登录[知网]检索查看。

文献[1] 张霖,陆涵.从建模仿真看数字孪生[J/OL].系统仿真学报:1-11[2021-04-04].http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.3092.V.20210402.0924.002.html.
文献[2] 王行仁.建模与仿真技术的发展和应用[J].机械制造与自动化,2010,39(01):1-6+45.

1、 数字孪生的特性及关键技术

(1)数字孪生的特性

和仿真中传统意义的模型相比，数字孪生最主要的特点是，这个模型通过传感器随时获取物理实体的数据，并随着这个实体一起演变，一起成熟甚至一起衰老。人们可以利用这个模型进行分析、预测、诊断或者训练，从而帮助对物理对象进行优化和决策。这个过程是一种典型的仿真活动。而面向数字孪生全生命周期（构建、演化、评估、管理、使用）的技术可称为数字孪生技术（Digital Twin Technology）。

(2)数字孪生的关键技术

数字孪生构建主要基于模型工程，保证所构建的模型的高质量是一个系统工程，需要从事后的验证评估和建模过程的规范管理两方面入手，即通过实施模型工程，保证模型构建、使用、维护、演化、重用等全生命周期各个阶段可信及满足其他相关指标的要求。论文主要从模型构建、全生命周期管理、模型重用和共享和定量分析和评估给出了模型工程的主要关键技术。具体可参考文献1里面的表4。

2、 仿真与数字孪生的关系

从模式和模型角度，数字孪生技术属于一种在线数字仿真技术，同时，数字孪生也可以适用于“对象、特性、时钟、架构、粒度、用途”这些分类下的所有情况，譬如可以是为了训练目打造的分布式、超实时的体系级数字孪生。因此，借鉴建模仿真领域的现有技术体系可以更全面地了解数字孪生的应用范围。

3、 仿真的原理、分类

(1)仿真的原理

2007年，美国国防部对仿真的概念进行总结，将仿真定义为以模型（即系统、实体、现象或过程的物理、数学或其他逻辑表示）为基础，模拟真实世界过程或系统随时间的运行，以进行管理或技术决策。2014年，由中国仿真学会编写的“建模与仿真技术词典”将“仿真”定义为：仿真又称模拟，是基于模型的活动，即利用模型来复现实际系统中发生的某些本质过程，并通过对系统模型的实验来研究、分析、改进实际中存在或设计中的系改进实际中存在或设计中的系统。这里的模型既包含传统意义上的因果模型（机理模型），也包含非因果模型（神经网络模型，经验模型等）。

(2)仿真的分类

经过60多年的发展，针对不同的应用领域、研究对象以及技术特点，建模仿真发展出很多种类和分支。仿真可以根据研究对象、系统特性、仿真系统架构、仿真粒度等概念进行具体分类。具体可参考文献1里面的表2。

4、 仿真关键技术

文献2说明了建模与仿真的关键技术主要包括：（1）建模技术，模型是仿真的基础；（2）建模/仿真支撑环境:在计算机、网络、软件 (管理软件、应用软件和通讯软件) 、数据库、图形图像可视化的基础上构建建模/仿真支撑环境, 有时称为建模/仿真支撑平台；（3）先进分布仿真:基于仿真的设计、基于仿真的制造涉及多个专业、多个单位, 他们可能分布在不同地区, 应将分布在各地理的仿真系统、模型、计算机、设备, 将通过网络构成分布联网仿真系统；（4）仿真资源库:仿真资源库包括数据库, 模型库, 工具软件库等；（5）图形图像综合显示技术:图形图像可视化是建模仿真系统的重要组成部分。具体可查看文献2对这部分的详细介绍。