1.1.3 数字孪生的内涵

数字孪生用于描述产品的生产制造和实时虚拟化呈现，随着传感技术、软硬件技术水平的提高和计算机运算性能的提升，数字孪生得到了进一步发展，尤其是广泛用于产品、装备的实时运行监测方面。

从产品全生命周期的角度来看，数字孪生用于产品的设计、生产制造、生产运行状态监测和维护、后勤保障等各个阶段。在产品设计阶段，利用数字孪生可以将全生命周期的产品健康管理数据的分析结果反馈给产品设计专家，帮助他们判断不同参数设计情况下的产品性能情况，再基于整个生命周期的发展变化情况，形成更加完善的设计方案；在产品生产制造阶段，利用数字孪生技术以虚拟映射的方式对产品内部不可测的状态变量进行虚拟构建，细致地刻画产品的制造过程，解决产品制造过程中存在的问题，降低产品制造的难度，提高产品生产的可靠性；在产品生产运行阶段，利用数字孪生技术可以全面地对产品的各个运行参数和指标进行监测和评估，对系统的早期故障和部件性能退化信息进行反馈，指导产品的维护工作和故障预防工作，使产品能够获得更长的生命周期。在产品后勤保障阶段，由于有多批次全生命周期的数据作支撑，并通过虚拟映射的方式采集反映系统内部状态的变量数据，产品故障能够被精确定位、分析和诊断，使产品的后勤保障工作更加简单有效。通过将数字孪生技术应用到产品的整个生命周期，产品从设计阶段到后勤保障阶段都将变得更加智能有效。

以卫星的监测、优化、管理和控制为例，基于卫星近实时遥测数据，利用遥感数据深度融合技术和系统动态实时建模和评估技术，在地面站构建卫星的数字孪生体，实时反映卫星的健康状态并预估卫星各系统、各部件的使用寿命，在丰富的传感信息和基于数学模型的感知信息的基础上，对卫星状态进行全面深入的分析和计算，呈现全面而又细致入微的卫星状态，同时还可以优化卫星的调度管理和控制，延长卫星的使用寿命。该实例是数字孪生技术在产品运行状态监测和维护阶段的一个实例化应用，卫星实体和卫星虚拟映像之间的精确匹配是整个技术体系的核心[30]。

数字孪生的实现主要依赖以下几方面技术的支撑：高性能计算、先进传感技术、数字仿真、智能数据分析、VR呈现。通过构造数字孪生体，不仅可以刻画目标实体的健康状态，还可以实现深层次、多尺度、概率性的动态状态评估、寿命预测以及任务完成率分析。数字孪生体以虚拟的形式存在，不仅能够高度真实地反映实体对象（如装备的生产制造、运行及维修等）的特征、行为过程和性能，还能够以超现实的形式实现实时的监测评估和健康管理。