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理想的数字孪生本质上是在信息世界中对物理系统内在规律和外在属性最直观与最全面的描述，数字孪生体是物理系统在全生命周期各个环节所有模型和数据集成与共融的载体。其核心组成是模型和数据；难点在于多维度、多尺度、多物理场、多领域模型融合，“机理—大数据—环境”模型融合，以及大数据的组织与管理；目标是通过物理世界和信息世界的融合与统一，辅助决策与优化。从过程的角度看，数字孪生是在虚拟空间中对现实物理对象全生命周期的全过程数字化跟踪模型。从对象的角度看，数字孪生是对物理实体全要素、全生命周期的真实映射，是物理实体被延长了的虚拟生命线。数字孪生的应用流程大致可分为6个主要步骤，即数字表达、数据采集、同步镜像、精准预测、智能决策、反馈控制，如图1.13所示。
图1.13 数字孪生的应用流程
首先，在模型层面，通过数字化技术构建物理实体的数字孪生，完成物理对象的数字化表达。在数据层面，通过各种手段实现对数据的实时采集。其次，建立实时数据与数字孪生模型之间的映射机制，在实时数据的驱动下实现物理实体与数字孪生体之间的同步镜像，达到以虚映实的目的。再次，通过数字孪生内嵌的数字化模型，包括机理模型、大数据分析模型、决策优化模型、知识推理模型等，在虚拟空间对物理实体的运行状态进行模拟仿真，并进行精准预测或智能决策。最后，通过数字孪生控制物理实体，达到以虚控实的目的；同时物理空间产生的数据不断反馈到虚拟空间，并对数字孪生内嵌的模型进行优化，实现虚实的共生与共进。