前言

没有数字孪生，元宇宙就是一个空泛的名词。目前，互联网、大数据、人工智能等数字技术越来越深入人们的日常生活。人们投入到社交网络、电子商务、数字办公的时间不断增多，个人也越来越多地以数字身份出现在社会生活中。可以想象，除去睡眠等占用的休息时间，如果人类每天在数字世界活动的时间超过有效时间的50%，那么人类的数字身份会比物理世界的身份更真实有效。而在万物实现数字化之后，我们就能借助数字化应用与万物互联互通互动，这就催生了一项新技术应用，那就是数字孪生。

借助各种数据采集技术来构建物理实体的数字孪生体，即借助传感器监测一个设备或系统，建造数字版的“克隆体”。这个“克隆体”被创建在信息化平台上，是虚拟的，但又真实呈现着物理实体。与当前的计算机建模设计图纸不同，数字孪生体最大的特点在于，它是对实体对象的动态仿真。也就是说，数字孪生体是会“动”的，而且实时反映物理实体的运行状态。可以说，数字孪生体是一个基础版的元宇宙。

数字孪生的诞生，源于一系列技术的共同进步。当前，基于传感器、智能装备、工业软件、工业互联网、物联网、云计算和边缘计算的成熟和更广泛的商业实践积累，数字孪生走到了一个新的节点。随着数字孪生概念的成熟和技术的发展，一个数字孪生世界正在被不断构筑。

数字孪生技术的应用，从飞机、汽车、船舶等高端产品制造业，发展到高科技电子行业及生活消费行业。在基础设施行业中，数字孪生的身影也日益增加，应用对象包括铁路、公路、核电站、水电站、火电站、城市建筑乃至整个城市。可以说，今天，数字孪生已经走进我们的生活并且覆盖了不同行业的各个方面。

2020年初，达索系统公司提出了数字化革命要从原来物质世界中没有生命的“thing”扩展到有生命的“life”。从造物角度来讲，生物体比机械复杂得多，如人体数字化，与人体相关的多学科、多专业的系统化研究成果即将全部注入人体的数字孪生体中。这有利于降低各种手术风险，改进药物研发效能，提高药物效用。可以预见，数字孪生技术还将从原子、器件应用扩展到细胞、心脏、人体，甚至未来整个地球都可以在虚拟赛博空间中重建数字孪生体。

本书对数字孪生技术在各行业的应用进行了深入的解析。概念篇对数字孪生的概念做了详细解析，包括数字孪生概念的发展、数字孪生的核心技术、数字孪生的价值及发展现状。应用篇对数字孪生技术在智慧制造、智慧交通、智慧城市、智慧建筑、智慧能源、智慧健康、智慧国防、智慧战争、航天航空和元宇宙十个领域的应用进行了案例分析，案例均来自国内外最新的数字孪生应用。未来篇对数字孪生进行了展望，包括数字孪生技术的发展趋势、标准化问题、通用性问题及需要面对的现实挑战，并描述了即将出现的数字地球。

数字孪生代表了继搜索和社交媒体之后互联网的“第三波浪潮”，是一项用于产品全生命周期管理的颠覆性技术方法，不论是制造业、建筑业，还是生命科学领域，都会因数字孪生技术而发生革命性的变化。

由于写作时间仓促，加之数字孪生属于新的技术应用，目前还处于发展探索阶段，因此本书难免存在不足之处，望读者谅解。本书适合对前沿技术、数字技术、数字孪生、元宇宙感兴趣的人员阅读，以及供数字化相关专业的师生使用。

陈根
2024年春