今年以来ChatGPT的浪潮席卷全球，各国纷纷开始将目光投入到AI之中，我国的许多知名互联网大厂纷纷发布了自己的AI产品，各行业领域也开始研究如何将AI应用到自己的企业当中。

另一边，数字孪生也正在成为各行业数字化转型与发展的重要力量。数字孪生是一种超现实的概念，其又被人命名为数字镜像或者数字化映射。简单来说，数字孪生(Digital Twin)就是在虚拟空间中，构建物理实体的“克隆体”，还原现实世界中的场景，从而支持人们对物理实体进一步了解、分析和优化决策。

北京航空航天大学教授张霖认为，数字孪生是物理对象的数字模型，该模型可以通过接收来自物理对象的数据而实时演化，从而与物理对象在全生命周期保持一致。基于数字孪生可进行分析、预测、诊断、训练等（即仿真），并将仿真结果反馈给物理对象，从而帮助对物理对象进行优化和决策。物理对象、数字孪生以及基于数字孪生的仿真及反馈一起构成一个信息物理系统(cyberphysical systems)。面向数字孪生全生命周期（构建、演化、评估、管理、使用）的技术称为数字孪生技术(DigitalTwin Technology)。数字孪生DT和信息物理系统(Cyber Physical System)之间的关系，即数字模型、基于数字模型的各种活动（仿真）、物理对象以及数字模型和物理对象之间的连接（数据及仿真结果）形成一个信息物理系统，如图所示。

DT和信息物理系统之间的关系

数字孪生技术概念并不算新，数字孪生概念已提出多年，直到近两三年才引起广泛重视，这是因为数字孪生的支撑技术如传感技术、云计算、大数据技术、人工智能技术的快速发展，为数字孪生的落地应用奠定了基础，另一方面，也是各行各业的智能化、数字化发展目标与数字孪生相契合。

数字孪生技术不仅可以应用于制造业，还可以应用于其他行业，如建筑、能源、医疗等。下面给大家全面解析一下数字孪生在各个领域中的一些典型应用。

01在制造业的应用

在制造业中，数字孪生为制造商提供了一种新的方法来设计、测试和生产产品，可以帮助优化零部件设计、改进性能，以及提前发现潜在问题。通过将实际的工厂和设备建模为数字孪生，制造商可以在模拟环境中进行各种测试，如产品验证、生产流程优化等。数字孪生还可以用来监测和分析设备的状态和性能，以实现更好的预测性维护和更高的生产效率。

在研发新产品时，可以借助产品数字孪生模型来优化产品设计；在工艺规划阶段，可以通过对数字孪生模型的检查来确保每个零件的成功制造以及零件的相互协调。在具体制造过程中，还可以搭建从设备到产线、车间、整个工厂的数字孪生模型，通过不断采集数据、分析数据，实现高效排产，及时发现生产问题。数字孪生可用于建模和仿真制造设备、生产线和整个工厂。通过模拟生产流程，优化工艺、改进设备布局，提高生产效率和降低成本。

汽车制造：汽车制造商利用数字孪生技术建立了虚拟汽车模型，通过数字孪生技术，制造商可以模拟汽车在不同条件下的性能，提前发现潜在问题。另外，对于新车型的研发，也可以使用虚拟环境，数字孪生技术在汽车制造业中为联网车型构建虚拟模型，更好地帮助车企在投产之前就对产品的性能与实际表现进行精准的评估。

自动驾驶：数字孪生技术对于自动驾驶来说也天然契合，我们知道自动驾驶汽车包含许多传感器，用来收集与车辆本身及汽车周围环境的相关数据。在数字孪生的世界里，可以通过云端测试场，根据真实道路数据生成的虚拟环境，让自动驾驶的算法在虚拟世界里进行安全的实验与测试。

航空航天：航空航天领域使用数字孪生技术进行飞机零部件的数字化建模，实现了对飞机全寿命周期的数字化管理，提高了维护效率。

02在医疗领域的应用

从造物角度来讲，人体比机械要复杂太多。人体有37万亿个细胞，每一个细胞生命周期里又有4200万的蛋白质。但人体数字化，即基于人体相关的多学科、多专业知识的系统化研究，却将这些知识全部注入人体的数字孪生体中。这有利于降低各种手术风险，提高成功率，改进药物研发，提高药物的效用。

数字孪生技术在医疗健康领域中的应用主要是在医学影像方面。通过数字孪生技术，可以将患者的身体部位进行三维建模，并模拟病变情况，从而帮助医生更准确地诊断和治疗疾病。

随着数字孪生技术的出现，为个体患者提供个体化的诊断和治疗将成为可能，可以对人体健康状态进行实时监测和预测，为医疗保健提供更加精准的服务，并被认为是未来精准医学的一部分。如今数字孪生技术在心血管疾病、癌症、传染病等方面的都有应用案例。

手术模拟与培训：医疗机构通过数字孪生技术建立患者特定的数字模型，为医生提供实时的手术模拟和培训环境，提高手术的准确性。

个性化治疗：基于患者的数字孪生模型，医生可以制定个性化的治疗方案，提高治疗的效果。

健康管理：数字孪生还可以应用于医疗健康领域。例如，通过建立人体的数字孪生模型，可以对人体健康状态进行实时监测和预测，为医疗保健提供更加精准的服务。

医疗保健运营：创建医院、运营战略、容量、人员配备和护理模型的数字化双胞胎可帮助医疗保健提供商检查组织的运营绩效。

个性化护理：医疗保健提供者和制药公司还可以使用数字孪生体对患者的基因组代码，生理特征和生活方式进行建模，以便医疗保健公司可以为每位患者提供个性化护理，例如独特的药物。

03在城市规划和管理中的应用

在城市规划中，数字孪生可用于建立虚拟城市模型，模拟城市的交通流、能源使用、环境影响等。这有助于城市规划者优化城市设计、改善交通流动性，并提升城市的可持续性，可以用来模拟城市规划和建筑设计，包括建筑外观、结构和功能。在城市规划方面，数字孪生可以用来模拟城市交通和人口流动，以便城市规划师了解城市未来的需求和挑战。在建筑设计方面，数字孪生可以用来评估建筑的能耗和环保指标，帮助建筑师设计更加环保和节能的建筑物。

智慧城市规划：借助数字孪生技术，城市规划者可以在虚拟环境中建立城市的数字孪生，优化城市布局，提高城市的可持续性。

交通管理：数字孪生技术在交通管理中的应用允许城市规划者模拟交通流量，提前识别交通瓶颈、优化交通信号和道路设计，并进行智能调度。还支持智能交通系统和自动驾驶车辆的开发和测试。

04在能源领域的应用

数字孪生技术在能源领域的应用主要是在能源生产和消费方面。通过数字孪生技术，可以模拟能源生产和消费的过程，从而分析能源的使用效率和优化能源消费方式。

数字孪生可用于建模能源生产、传输和消费系统。通过实时监测和模拟，能够优化电网运行、提高能源利用效率，并支持可再生能源的集成。数字孪生可以用来模拟电网和输电线路，以帮助能源公司更好地预测和管理电力供应。还可以用来优化风力和太阳能发电厂的运营，以提高电力生成效率。甚至可以用来模拟整个城市的能源消耗情况，以帮助城市规划师了解城市的能源需求和挑战。

电网管理：电力公司通过数字孪生技术对电网进行建模，实现对电力分布、供应和需求的实时监控，提高电网的稳定性。

可再生能源优化：利用数字孪生技术，能源公司可以模拟可再生能源的供应情况，优化能源的利用，降低能源浪费。

05在建筑与房地产领域的应用

数字孪生技术在建筑业中的应用主要是在建筑设计和施工过程中。通过数字孪生技术，可以在计算机上建立建筑物的三维模型，并模拟建筑物在不同环境下的运行情况，如风力、地震等，从而在设计阶段就发现并解决潜在的问题，避免在实际施工中出现问题。

数字孪生可以用于建筑项目的虚拟建模和仿真，包括设计、施工和运营阶段。这有助于优化建筑结构、提高能源效率，并预测设备的维护需求。

建筑设计与模拟：建筑师使用数字孪生技术建立建筑的数字模型，实时模拟建筑在不同光照和气候条件下的表现。

智能楼宇管理：数字孪生技术在房地产中的应用使得建筑可以实时监控能耗、人流等信息，实现智能楼宇管理。

建筑物建设：数字孪生体可以帮助建筑公司实时了解建筑物的性能，从而使他们能够调整性能以优化效率。从数字孪生体收集的数据可用于规划和设计未来的建筑物。

06在农业领域的应用

在农业领域，数字孪生可用于建模农业生产流程、预测农作物生长情况，并优化农业决策，提高农业生产效益。

数字孪生可以用来模拟作物生长，以帮助农民预测和优化作物收成。数字孪生可以根据不同的地理位置、气候条件、土壤类型等因素，模拟不同作物的生长过程，包括种子萌发、植物生长、气候灾害等。这样就可以让农民更加准确地进行农业生产规划和管理。

农田管理：农业领域通过数字孪生技术对农田进行数字建模，实现对土壤质量、植物生长等方面的监测和优化。通过建立农田的数字孪生模型，可以对农田进行精细化管理和智能化决策，提高农业生产效率和经济效益。

精准农业：借助数字孪生技术，农民可以进行精准农业管理，提高农田的产量并减少对环境的影响。

07在零售与供应链领域的应用

数字孪生可用于建模供应链过程，帮助优化库存管理、预测需求，并提高供应链的效率。

客户建模和模拟：零售商可以创建客户角色的数字孪生体，以改善他们提供的客户体验。例如，零售商可以根据其数字孪生模型为客户提供理想的时尚服装产品。

物流管理：数字孪生技术可以为交通物流行业提供更加智能化的解决方案。通过数字孪生技术建立车辆的虚拟模型，可以实现对车辆运行状态的实时监控和预测，提高运输效率和安全性。

预测包装材料及货件保护：产品包装可以虚拟化，然后在包装前测试错误。数字孪生体帮助物流公司确定材料可行性。物流公司可以在数字孪生体的帮助下分析不同的包装条件如何影响产品交付。

仓库设计和运营：对货架、物料、托盘及各类自动化设备等仓库全景实现高质量孪生重建，实现数字世界与物理世界的映射，还原仓库实时运行状态。同时，对各项运营指标进行分析和实时监控，实现全链路数据管理，保证仓库有序、高效运行，最大化释放企业仓储潜能。数字孪生使物流公司能够测试仓库布局，以便公司可以选择最有效的仓库设计，以最大限度地提高运营绩效。

物流网络：道路网络的数字孪生体包含有关交通状况、道路布局和施工的信息。有了这些知识，物流公司可以设计配送路线和库存存储位置。

08在教育与培训中的应用

数字孪生提供了在虚拟环境中学习和实践的机会，尤其是对于涉及危险或昂贵设备的培训，如飞行模拟器、工程实验等。

结论:

数字孪生技术正逐渐深入到我们生活的方方面面，为制造业、医疗、城市规划、能源、建筑与房地产、农业、零售与供应链、教育与培训等多个领域带来了颠覆性的变革。随着技术的不断进步，我们可以期待数字孪生技术在未来的更广泛应用，为社会发展和人类生活带来更多便利和创新。

来源：数字孪生研习社微信公众号