近两年，数字孪生Digital Twin一词出现的频率越来越高，从概念到应用，数字孪生的身影正在变得清晰。
可能是直译的关系，数字孪生给人的感觉不像一个完整的名词，因此也有人解释为“数字双胞胎”，这样听起来更好理解了。数字孪生目前还没有准确的起源，应该是人们在工程实践中逐渐摸索总结出来的一种方法。最早使用的一些来源均与航太应用有关，因为这一领域的成本十分惊人，人们总是期望能够降低设计使用的前期成本。
2010 年，“Digital Twin”一词在 NASA 的技术报告中被正式提出，并被定义为“集成了多物理量、多尺度、多概率的系统或飞行器仿真过程”。
在科技进步的带动下，工程、设计人员充分利用现有的技术，使用物理模式行，传感器，还有大量已知数据集，借助多种学科的交叉使用，还有AI技术，在数字空间为实体（可能是一颗芯片，也可能是辆汽车、一架飞机、一个有机生命体等等）再造出一个“孪生兄弟/姐妹”，更准确地说其实是完全一样的“克隆体”。
人们可以在这个“数位克隆体”进行观测、修改验证设计，而不至于影响本地，也能够通过长期数据，预测可能出现的问题。从这个角度来看，更像是更大规模的仿真，而且这个仿真是具有实时性的，能够贯穿整个设计使用周期。
“大部分人认为 AI 主要是一种终端用户需求，现在 AI 业已成为实现更快产品设计和开发的必要条件。从最早的芯片组设计、电路版图一直到最终产品验证，仿真软件成为了仿真复杂接口和环境不可或缺的工具。这些仿真器被称为数字孪生，它们是能够以虚拟形式充当“已知良好信号”的过程、环境条件或协议。” 是德科技全球企业和产品营销副总裁Jeff Harris说
比如：在测试领域，数字孪生可能是一个简单的信号发生器，一个完整的协议发生器，或者是一个完整的环境模拟器。数字孪生让开发人员能够快速创建更丰富的测试条件，从而在发货之前完成产品验证。高性能数字孪生通常包含它们自己的 AI 引擎，这使得它们能够自动进行故障诊断，并对新产品设计展开回归测试。
意大利尼莫花园目前部署西门子 Xcelerator 数字孪生
尼莫花园的工程师、潜水员和科研人员团队寻求水下种植草本植物、水果和蔬菜的可行性。
关键技术创新在其打造的“水下生物圈”，这是一种非常特别的水下温室，能够有效利用海洋的有利环境条件，如温度稳定性、蒸发式淡水生成、二氧化碳吸收、充足的氧气以及天然的虫害屏障等，创造适合农作物种植的理想环境。
尼莫花园联合创始人 Luca Gamberini 表示：“最初了解到西门子的数字孪生技术时，我立刻被吸引了。尼莫花园的系统是独一无二的，我们必需根据安装环境的具体状况进行适应性调整。利用数字孪生技术，我们便能在正式安装之前以虚拟方式先对环境进行建模，进而预测将会遭遇的挑战并寻找适合的方式加以解决。了解生物圈周围的水流情况使我们大受裨益，现在，我们不仅能够更好地了解生物圈周围结构的压力点，同时还能掌握日照、温度以及所有其它物理因素之间的各种互相作用会对植物产生怎样的影响，而这一切都源自数字孪生技术能够将我们的系统准确复制。”
尼莫花园的数字孪生 图片来源：西门子
尼莫花园生物圈的完整数字孪生，不仅可以利用西门子 NX™ 软件改进设计，还能够使用 Simcenter™ STAR-CCM+™ 软件对生物圈内的生长条件、设备对水域的影响以及安装生物圈的整体环境进行仿真。从此，尼莫花园团队便可以摆脱气候条件、季节性以及短暂的生长期，或潜水和监测的局限性等限制条件。通过在虚拟世界中对生物圈所做的调整进行测试，团队得以大幅加快设计优化速度。
通过全面实施数字化转型，尼莫花园正逐步将一个概念转变成一个具有商业可行性、且可在全球范围内进行部署的可持续海底种植平台。尽管新设计的生物圈要到下一生长期才开始部署，但基于生长环境的完整数字孪生，团队可以不断推进计划，实现设计优化和流程自动化，以便为全球部署做好充足的准备。
Sierra Space 使用Xcelerator 革新太空探索技术
在太空探索领域，数字孪生技术正在发挥更大的作用。
Sierra Space 计划打造一个全面数字化的环境，覆盖从工程到制造、再到持续性保障的全过程，实现未来太空运输、目的地和基础设施的目标，以创新技术助力太空经济的发展和落地。
Sierra Space 的下一代数字化工程平台就使用数字孪生作为核心技术之一，其中Dream Chaser（追梦者号）商业化有翼航天飞机使用西门子 Xcelerator，贯穿其设计、工程、建造以及测试的全过程，包括结构、热、机械、电气和软件设计、航天器制造、需求验证和全生命周期维护等各个方面。LIFE™ habitat 利用数字孪生技术，打造商业居住和科研平台。
Sierra Space 追梦者号®航天飞机和它的数字孪生兄弟 图片来源：西门子
追梦者号能够以 1.5G（1.5倍重力加速度） 的再入轨加速度完成载人和货运任务，并在全球范围内兼容的任意商业跑道上进行着陆。NASA 与追梦者号签订了合约，执行往返于国际空间站（ISS）的货运任务，单次运货量可达 12,000 磅。
Sierra Space 追梦者号®航天飞机与LIFE™ habitat模块 (图片来源：© Sierra Space）
Sierra Space 还计划在地球轨道上设计、开发、建造和运营以客户为中心的太空目的地并为之提供支持。Sierra Space 目前已与蓝色起源（Blue Origin）合作开发了 LIFE habitat 充气模块（Large Integrated Flexible Environment），作为 Orbital Reef 商业空间站项目的核心构成。LIFE habitat 采用模块化三层架构设计，是一个商业居住和科研平台，可为包括制造和制药在内的各行各业提供机会，助其充分发掘零重力环境的优势。其可以部署于近地轨道、月球表面或月球轨道上，也可以作为前往火星的运输工具。西门子Xcelerator 解决方案组合将贯穿 LIFE habitat 研发及其他空间站任务的各个阶段。
小结：
在工业，特别是尖端制造业的优异表现，数字孪生受到了各国的重视，提供优先政策，鼓励企业学习使用，鼓励人才培养，伴随着AI技术的成长，数字孪生构建的虚拟克隆体也变得更加健全，发挥作用的领域也早已从工业扩展到农业、金融、医疗、制药等更多领域。
