1.2.2 数字孪生与CPS

在谈工业4.0及智能制造时，我们很容易混淆数字孪生和CPS。数字孪生在虚拟空间中创造高度仿真的虚拟模型，以模拟物理空间中发生的行为，并向物理空间反馈模拟结果或控制信号。这种双向动态映射过程与CPS核心理念极其相似，因此很容易让人当成一回事。

从功能上讲，数字孪生与CPS都是为了使企业能够更快、更准地预测和检测现实工厂的生产现场状态，并从中发现问题进而优化生产过程，提升产品质量。CPS被定义为计算过程和物理过程的集成，而数字孪生则是使用物理系统的数字模型进行模拟分析，实施优化。

在制造场景中，CPS与数字孪生都包括真实物理空间和虚拟空间，真实的生产活动在物理空间完成，而智能化的数据管理、分析和计算则由虚拟空间的各种应用程序和服务来完成。物理空间感知并收集数据，虚拟空间分析数据、处理数据并做出预测和决策。物理空间和虚拟空间之间无处不在的物联网（Internet of Things，IoT）连接，是实现交互的基础。

具体比较，CPS和数字孪生各有所侧重。CPS强调计算、通信和控制功能，传感器和控制器是CPS的核心组成部分，面向的是工业物联网基础下的信息与物理空间融合的多对多连接管理[32]。数字孪生则更多地关注虚拟模型，根据模型的输入和输出，解析和预测物理空间的行为，强调虚拟模型和物理实体的一对一映射关系。相比之下，CPS可以解读为基础理论框架，而数字孪生可以理解为对CPS的工程实践。