数字孪生能力模型-数字孪生技术与应用

2025-09-30 理论教育版权反馈

【摘要】：当把数字孪生视为现实世界实体或系统的数字化表现时，更注重架构引领、模型驱动、数据驱动、虚实融合要求。数字孪生的展现能力要求对数字空间中定义的客体的静态和动态内容进行展示。

当把数字孪生视为现实世界实体或系统的数字化表现时，更注重架构引领、模型驱动、数据驱动、虚实融合要求。为此，从过程演化角度建立了数字孪生的“定义、展现、交互、服务、进化”五维度能力模型（如图3-3所示）。其中，数据是整个能力模型的基础，五大能力围绕数据来发挥作用和效能。

3.3.1　定义：软件的方式定义客体

定义是通过软件定义的方式将物理客体及其构成在数字空间实现客体属性、方法、行为等特性的数字化建模。构建程度可以是微观原子级，也可以是宏观几何级。数字孪生作为现实世界实体或系统的数字化表现，因为人类社会尚有未发现的真理、未发明的技术、未掌握的知识技能，故对物理客体的认识本身始终是逐渐逼近真相的过程，所以数字孪生的构建能力是模型驱动的基础，是推动对客体认识的不断深入、不断定义的过程。

3.3.2　展现：多维度的客体可视化

展现能力指利用文字、图形、图像以及特定展现格式呈现物理客体的组成及特性。数字孪生的展现能力要求对数字空间中定义的客体的静态和动态内容进行展示。静态内容包括客体属性、方法、行为相关数据及其关联，动态内容是根据客体可视化需要动态、快速、准确地展示实时或准实时的可变信息，最终实现高逼真、高精度、高动态的信息展现，为科学认知物理客体提供手段。

3.3.3　交互：与物理客体的紧密融合(https://www.chuimin.cn)

交互能力是数字孪生有别于传统信息化系统和数字应用的关键特性。数字孪生通过多种传感设备或终端实现与物理世界的动态交互，因为有了动态交互能力才能将物理世界与数字世界连接为整体，从而使得数字孪生可以实时、准确地获取物理客体的信息。数字孪生依据定义模型和客体信息进行实时计算与分析，并将分析结果反馈给物理客体，为物理客体的执行提供信息参考，或为相应人员提供决策支持，从而更准确、及时、客观地把握客体状态并进一步增强与物理客体的耦合时效。

3.3.4　服务：为物理客体增值赋能

服务能力是数字孪生对物理客体赋能的体现，在传统物理客体基础上，因为具有了数字孪生的支持，可以具备传统客体不具备的新的特性和能力，从而使物理客体自身伴随数字孪生发生实质性变化。数字孪生利用先进的大数据分析和人工智能等技术，获得超出现有认知的新信息，为人类认知客体提供更直观翔实的佐证和依据，为人类再设计再优化客体提供支持，推动物理实体的改进和提升。同时，物理客体通过配备内置传感、物联及控制器件，实现对数字孪生中计算、分析的结果传递和信息的接收，使客体在数字感知、反馈、分析、自主决策水平方面得以提升。

3.3.5　进化：基于数据的迭代优化

进化能力指可以随着物理客体的发展存亡，在广度和深度维度实现对物理客体详尽描述和记录。广度上的进化指可全面记录物理客体全生命周期内的状态、行为、过程等静态或动态信息，具备无限量信息接纳能力；深度上的进化指可随时复现物理客体任一时刻的状态，并可根据认知机理和规则推演或仿真未来时刻的“假设”场景，并预判其状态。另外，数字孪生具备自学习、自适应能力，可以对自身的各种能力实现迭代和优化。

数字孪生能力模型-数字孪生技术与应用

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