第1章　工业数字孪生的发展

随着我国工业互联网创新发展战略的深入实施，部分应用企业已基于工业互联网完成了数字化、网络化改造，少数头部企业渴望通过工业互联网开展智能化升级。作为工业互联网数据闭环优化的核心使能技术，数字孪生（Digital Twin）具备打通数字空间与物理世界，将物理数据与孪生模型集成融合，形成综合决策后再反馈给物理世界的功能，为企业开展智能化升级提供了新型应用模式。

数字孪生由“数字”和“孪生”组合而来，即数字化的孪生体。“孪生”是生物学上的概念，通俗地讲就是双胞胎的意思。“数字”应理解为“数字化”，即将复杂多变的信息转变为可以度量的数字、数据，再以这些数字、数据建立其相应的数字化模型。数字孪生以数字化方式创建物理实体的虚拟模型，借助数据模拟物理实体在现实环境中的行为，通过虚实交互反馈、数据融合分析、决策迭代优化等手段，为物理实体增加或扩展新的能力。作为一种充分利用模型、数据、智能并继承多学科的技术，数字孪生面向产品全生命周期过程，发挥连接物理世界和信息世界的桥梁和纽带作用，提供更加实时、高效、智能的服务。

孪生的概念最早于20世纪60年代由美国国家航空航天局（NASA）提出，当时的概念是发射到太空中的飞行器在地面需要有一个“物理孪生”，以便模拟各类指令的操作，保障太空飞行器各类动作的正确性和安全性。这个思想沿用至今。我国在2021年4月29日发射的天和核心舱，在地面上就有一模一样的装备同步运行，它被形象地称作“地面空间站”，地面空间站通过接收在轨的遥测数据，可以设置成与太空中一样的飞行状态，来验证整个飞行程序和操作指令是否正确。

近些年，数字孪生应用已从航空航天领域向工业各领域全面拓展，西门子、通用电气（General Electric，GE）等工业巨头纷纷打造数字孪生解决方案，赋能制造业数字化转型。数字孪生蓬勃发展的背后与新一代信息技术的兴起、工业互联网在多个行业的普及应用有莫大关联。

工业数字孪生是一种基于先进信息技术和数字化技术的制造业生产模式，它将实体系统的数字化模型与实际的生产过程进行无缝连接，并实现全流程数据的获取、传递和分析，从而实现对生产过程和产品的全方位跟踪和监控。

工业数字孪生的发展为制造业的自动化、智能化、高效化和可持续化发展提供了强大的支持和保障，可以帮助企业实现高质量、高效率、低成本的生产，提高企业的核心竞争力。

本书将从数字孪生的发展开始讲起，详细介绍工业数字孪生技术体系及关键技术，剖析工业互联网支持下的数字孪生车间构建，总结工业数字孪生在智能制造中的具体应用，阐述如何依托数字孪生打造新时代的智慧工厂，同时介绍部分一线制造企业成功应用数字孪生的实例，展望工业数字孪生在未来的无限可能。