二　数字孪生的起源

数字孪生的最初概念由密歇根大学的迈克尔·格里夫斯（Michael Grieves）命名为“信息镜像模型”（Information Mirroring Model），而后演变为“数字孪生”的术语。因为是由英文翻译而来的，所以数字孪生也被称为数字双胞胎和数字化映射。

数字孪生是基于模型的定义（MBD）深入发展起来的，企业在实施基于模型的系统工程（MBSE）的过程中产生了大量物理的、数学的模型，这些模型为数字孪生的发展奠定了基础。2012年美国国家航空航天局（NASA）给出了数字孪生的概念描述：数字孪生是充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。为了便于理解数字孪生，庄存波等提出了数字孪生体的概念。他们认为：数字孪生是采用信息技术对物理实体（Physical Entity，PE）的组成、特征、功能和性能进行数字化定义和建模的过程。数字孪生体是指在计算机虚拟空间存在的与物理实体完全等价的信息模型，可以基于数字孪生体对物理实体进行仿真分析和优化。数字孪生是技术、过程和方法，数字孪生体是对象、模型和数据。

纵观数字孪生发展史，其起源详细分析如下：

进入21世纪，为了实现物理世界和信息世界的交互融合，美国和德国均提出了Cyber-Physical System（CPS），也就是“信息—物理系统”，来作为先进制造业的核心支撑技术。通过大数据（big data）分析、人工智能（Artificial Intelligence，AI）等新一代信息技术在虚拟世界的仿真分析和预测，以最优的结果驱动物理世界的运行。所以，数字孪生的本质就是在信息世界对物理世界的等价映射，因此数字孪生更好地诠释了CPS，成了实现CPS的最佳技术。

2010年，“数字孪生”才由NASA首次书面提出并得到了进一步发展。NASA在《建模、仿真、信息技术和处理路线图》（Modeling， Simulation， Information Technology and Processing Roadmap）中详细说明了航天器数字孪生的定义和功能。该路线图的草案最早在2010年就已出现并传播，但正式版直到2012年才发表。与此同时，2011年，美国空军研究实验室（Air Force Research Laboratory，AFRL）在一次演讲中也明确提到了数字孪生，AFRL希望利用数字孪生来解决战斗机机体（air frame）的维护问题。2012年，NASA和AFRL合作共同提出了未来飞行器的数字孪生体范例，以响应未来飞行器高负载、轻质量以及极端环境下服役更长时间的需求。

2014年，格里夫斯教授发表了关于数字孪生的白皮书，首次明确提到了“数字孪生”。根据该白皮书，数字孪生的基本概念模型包括三个主要部分：实体空间中的物理产品、虚拟空间中的虚拟产品、将虚拟产品和物理产品联系在一起的数据和信息的连接。当时，AFRL希望实现战斗机维护工作的数字化，数字孪生则是他们想出来的创新方法。

在美国空军意识到数字孪生具有很强的实用意义的同时，另一家企业也对数字孪生产生了浓厚的兴趣，它就是美国通用电气公司（GE）。美国通用电气公司在为美国国防部提供F-35联合攻击机解决方案的时候，发现了数字孪生体的价值。美国通用电气公司是美国先进制造战略（美国版的工业4.0）的主要推手。当时的美国通用电气公司一直致力于研究工业数字化，以及如何构建工业互联网体系。显然，数字孪生对工业4.0非常有用，可谓如鱼得水。

2015年前后，中国也开始跟进。当时包括工业4.0研究院在内的多家国内研究机构和企业纷纷启动了与数字孪生相关的研究课题。

从那之后，数字孪生这个概念就开始风靡互联网界和产业界，直至今日。