软考 系统架构设计师系列知识点之数字孪生体（4）

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软考 系统架构设计师系列知识点之数字孪生体（4）

接前一篇文章：软考 系统架构设计师系列知识点之数字孪生体（3）

所属章节：

第11章. 未来信息综合技术

        第5节. 数字孪生体技术概述

4. 数字孪生体的应用

数字孪生体主要应用于制造、产业、城市和战场。

（1）制造

在制造领域，一些传统的技术，如CAD和CAE，天然就是为物理产品数字化而生，一些新兴技术，如AI、AR、IoT也为更逼真、更智能、更交互的数字孪生体插上了翅膀。可以预见，数字孪生体在研发/设计和生产制造环节将会起到越来越大的作用，成为智能制造的基石。

在产品的设计阶段，使用数字孪生体可提高设计的准确性，并验证产品在真实环境中的性能，主要功能包括数字模型设计、模拟和仿真。对产品的结构、外形、功能和性能（强度、刚度、模态、流场、热、电磁场等）进行仿真，用于优化设计、改进性能的同时，也降低成本。在个性化定制需求盛行的今天，设计需求及其变更信息的实时获取成为企业的一项重要竞争力，可以实时反馈产品当前运行数据的数字孪生体，成为解决这一问题的关键。曾经在实验科学中广为应用的半实物仿真也将在数字孪生体中发挥重要作用。

在产品的制造阶段，使用数字孪生体可以使产品导入时间短，提高设计质量，降低生产成本和加快上市速度。制造阶段的数字孪生体是一个高度协同的过程，通过数字化手段构建起来的数字生产线，将产品本身的数字孪生体同生产设备、生产过程等其它形态的数字孪生体形成共智关系，实现生产过程的仿真、数字化关键指标的监控和过程能力的评估。同时，数字生产线和物理生产线实时交互，物理环境的当前状态作为每次仿真的初始条件和计算环境，数字生产线的参数优化之后，实时反馈到物理生产线进行调控。在敏捷制造和柔性制造大为盛行的今天，对多个生产线之间的协调生产提出更高要求，多个生产线的数字孪生体之间的“共智”将是满足这一需求的有效方案。

（2）产业

数字孪生体以云计算、大数据、物联网、人工智能和区块链等IT和DT使能技术为支撑，与行业趋势和产业升级需求相结合，构建实体的数字镜像。通过多种组合集成形式，按照数化、互动、先知、先觉、共智的顺序深入应用，最终实现“服务型制造”和“数字经济”等产业发展目标。

数字孪生体与各种IT或DT使能技术结合，在复杂产品的产业链中具有广泛的应用价值。构建全产业链的数字孪生体，同时与制造技术相结合，促进传统产业向智慧化和服务型制造转型，迎接批量个性化定制时代的到来。主要有在市场营销和电子商务、供应链和物流领域，侧重于如何向“批量”订单的挑战，在产品使用和维保领域，则侧重于如何迎接“复杂”产品高可靠性的挑战。

数字孪生体在全产业链上的应用，除研发和制造领域外，还在市场营销、供应链物流和维保服务三大领域发挥巨大作用。

（3）城市

要建成新型智慧城市，首先要构建城市的数字孪生体。城市级的整体数字化是城市级智慧化的前提条件。数字孪生城市的发展与应用内涵，直接体现了新型智慧城市想要达到的愿景和目标。它是城市实现智慧管理的重要设施和基础能力，是技术驱动下城市信息化从量变走向质变的里程碑。

数字孪生体在城市建设与发展的核心价值在于，它能够在现实世界和数字世界之间全面建立实时联系，进而对城市物理实体全生命期的变化进行数字化、模型化和可视化。数字孪生城市具有传感监控即时性、城市信息集成性、信息传递交互性、发展决策科学性、控制管理智能性、城市服务便捷性等特征。通过数字孪生城市的建设，在数字空间再造一个城市，作为现实城市的映射与镜像。通过大规模仿真、推演、预测，定位分析未来城市运行中可能遇到的瓶颈问题与社会风险，以及与其它数字孪生城市进行“共智”，更好地实现传统智慧城市建设向数字城市的过渡，进一步提高城市建设的智慧化程度，以及促进城市群之间的互动协作。

（4）战场

人来文明史也可以说是一部战争史，战争是人类发展的主旋律。绝大多数技术总是首先应用并成熟于军事。虽然目前国内外数字孪生体在军事领域应用的报告、文章和报道不多，但并不代表不用。

总体来讲，数字孪生体作为一种新理论和新技术在战争应用的作用谓之于“察”，使战争进行和战争效果显性化，从而辅助于战争决策，数字孪生体技术在军事方面的应用又可以分为单体装备应用和战场综合应用。前者主要用于装备的研发、维护和保养等，属于数字孪生制造的范畴；后者则是要通过数字孪生体完成或服务于战场目标的达到，是一个复杂的、体系级的数字孪生体高层次应用。

军事战争从上到下可以分为战略（决策）、战役、战术三个层次，从未来和理想角度上讲，数字孪生体技术应当满足所有战争层面的应用。