数字孪生概念的起源与内涵的历史变迁

关于数字孪生概念的起源，学术界、工业界有三种主要的观点。

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• ◉ NASA提出数字孪生，是用于解决未来几十年间深空探测所需的运载工具的健康诊断与预测问题。
• ◉ NASA提出数字孪生，是问题驱动的，而不是技术驱动的。
• ◉ NASA提出数字孪生，是用于解决其未来所要面临的全新的、现有的方法解决不了的复杂问题。而不是用于解决，那些现有方法或技术已经能够解决了的问题的一种新方法。
• ◉ NASA的数字孪生，是一组极其复杂的多学科****进展的综合。而不是依靠数字孪生概念本身或某个特定专业就能够包打天下的。
• ◉ NASA的数字孪生的实现，需要花费巨大的人力物力，需要花费数十年的时间。
• ◉ NASA定义的数字孪生，具有极高的探索、创新性质。最终的结果，还需要实践检验。有可能成功，也有可能失败。
• ◉ NASA定义的数字孪生，作为一种方法，可以概括为“基于仿真的系统工程”。这也是现实中，将仿真理解为数字孪生的一个重要原因。现在已经演变成“基于模型的系统工程”
• ◉ NASA定义的数字孪生，也用来指代其采用了其数字孪生概念而建成的软件及系统，也可以理解为是一个工程项目的名称。
• ◉ NASA的这种数字孪生的定义方式，并不具有普遍性意义，难以将数字孪生进行大范围的推广。这也是提出数字孪生概念后的一段实践内，并没有得到广泛响应的重要原因。
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这种观点认为是，AFRL（美国空军研究实验室）在2009年提出了数字孪生的概念，但这种观点缺少公开发布的强有力的直接文献的佐证。我们在公开发表的文献中，能找到的文献是AFRL在2011年3月的一次项目合作推介会上Pamela A. Kobryn & Eric J. Tuegel所做的题目为《Condition-based Maintenance Plus Structural Integrity (CBM+SI) & the Airframe Digital Twin》（可以直译为：将基于条件的维护应用于结构完整性中与机身数字孪生）演讲PPT。在该PPT中，提到了2009年2月AFRL曾召开过一个关于CBM+SI 研讨会，在那次会上，是作为CBM+SI计划的远期愿景，而提到了数字孪生的概念，见下图，

其数字孪生的含义为：由尾号标识的基于健康状态感知而使能的、单架飞机的、实时的、高精度的运营决策。其具体过程如下：

• ● 当交付一架物理飞机时，由尾号标识的该架飞机的一个数字模型，同时被交付，包括了与设计标准的偏差。
• ● 该数字模型将进行虚拟飞行，飞过同样的、由真实飞机的机载SHM系统记录下的飞行轨迹。
• ● 模型产生的结果，将会与放置在关键位置上的SHM系统记录下的传感器读数，进行比较，来更新/标定/验证该模型。
• ● 当未预料到的损伤被发现时，其将被添加到该数字模型中，来确保该模型能够反映出实际飞机的当前状态。
• ● 机身状态的预测，将通过“飞”模型，来经历未来可能的飞行任务，来实现的。
• ● 该模型将被用于决定，何时何地，机身结构损伤，将会发生。进而确定什么时间进行维护工作。