2020-06-03

如何区别数字孪生与仿真？

数字孪生的概念虽然已经普及挺长时间了，但好多人还是很难区分数字孪生跟仿真，甚至错误的认为数字孪生其实就是仿真，特在此跟大家一起重新学习一下。

数字孪生的定义

数字孪生是现有或将有的物理实体对象的数字模型，通过实测、仿真和数据分析来实时感知、诊断、预测物理实体对象的状态，通过优化和指令来调控物理实体对象的行为，通过相关数字模型间的相互学习来进化自身，同时改进利益相关方在物理实体对象生命周期内的决策。

单从数字孪生的定义就可以知道，仿真只是实现数字孪生的诸多关键技术中的一部分，万不可盲目的把数字孪生跟仿真混为一谈。通过数字孪生系统的通用参考架构可以更清晰的明白这一点。

图1：数字孪生系统的通用参考架构（图片来自《数字孪生体白皮书》）

仿真是将包含了确定性规律和完整机理的模型转化成软件的方式来模拟物理世界的一种技术。只要模型正确，并拥有了完整的输入信息和环境数据，就可以基本正确地反映物理世界的特性和参数。如果说建模是模型化我们对物理世界或问题的理解，那么仿真就是验证和确认这种理解的正确性和有效性。所以，数字化模型的仿真技术是创建和运行数字孪生体、保证数字孪生体与对应物理实体实现有效闭环的核心技术。

数字孪生体不仅仅是物理世界的镜像，也要接受物理世界实时信息，更要反过来实时驱动物理世界，而且进化为物理世界的先知、先觉甚至超体。

针对数字孪生体紧密相关的四个关键场景一一制造、产业、城市和战场，我们梳理其中所涉及到的仿真技术如下：

在制造场景下，可能涉及到的仿真包括产品仿真、制造仿真和生产仿真等大类。中的小类包括：

● 产品仿真：系统仿真、多体仿真、物理场仿真、虚拟试验等；

● 制造仿真：工艺仿真、装配仿真、数控加工仿真等；

● 生产仿真：离散制造工厂仿真、流程制造仿真等。

产品仿真

工厂仿真

在产业场景下，可能涉及到的仿真包括仓储仿真、物流仿真、组织仿真、业务流程仿真等;

在城市场景下，可能涉及到的仿真包括城市仿真、交通仿真、人群仿真、爆破仿真、气体扩散仿真等；

在军事场景下，可能涉及到的仿真包括体系仿真、战场仿真、爆轰仿真、毁伤仿真等。

数字孪生体是仿真应用新巅峰。在数字孪生体的成熟度的每个阶段，仿真都在扮演者不可或缺的角色:“数化”的核心技术一一建模总是和仿真联系在一起,或是仿真的一部分；“互动”是半实物仿真中司空见惯的场景；“先知”的核心技术本身就是仿真；很多学者将“先觉”中的核心技术一一工业大数据视为一种新的仿真范式；“共智”需要通过不同孪生体之间的多种学科耦合仿真才能让思想碰撞，才能产生智慧的火花。

以上便是数字孪生与仿真的关系，希望能给到读者们一些启示。