1.4 数字孪生体的生命周期

数字孪生系统是某个产品、某个系统在其生命周期中的一个具象表达，是一个包括物理实体、虚拟实体以及虚实之间的交互迭代关系，并最终形成以实体对象或行为“以实到虚”全要素层级映射、“以虚控实”为目标的体系，所以称之为Digital Twins，区别于Digital Twin（数字孪生体）。而数字孪生体的分形描述与时间延续特征其实就是分别从面向对象和面向过程两个角度描述物理对象，因此分析物理对象全生命周期的数字孪生体，需要将面向对象和面向过程的数字孪生相结合。从面向过程的角度出发，每一个阶段的数字孪生体都与物理实体交互，且不同阶段数字孪生体彼此交互。从面向对象的角度出发，物理对象不断地迭代更新，其数字孪生体在生命周期中的每一个阶段都承载着上一阶段传递的信息。数字孪生体作为物理对象在其生命周期中的另外一个虚拟的“生命体”，在与物理对象相对应全生命周期的每个阶段会被赋予特定的功能。

根据数字孪生体的特征和功能将其生命周期分为三个阶段，数字孪生体是物理对象的另一个“生命体”，而生命体的最初状态是胚胎，因此数字胚胎阶段是数字孪生体的前期阶段。数字胚胎是在物理实体对象设计阶段产生的，数字胚胎先于物理实体对象出现，所以用数字胚胎去表达尚未实现的物理对象的设计意图是对物理实体进行理想化和经验化的定义。这个数字胚胎可以看作是人类大脑或者智能对物理实体对象的物理属性和功能属性进行理性及经验性地认知后的一种虚拟表达，其功能为以虚拟实。第二个阶段为数字孪生体中期阶段，即数字化映射体阶段，其功能为以虚映实。通过对物理对象的多层级数字化映射，建立面向物理实体与行为逻辑的数据驱动模型，孪生数据是数据驱动的基础，可以实现物理实体对象和数字化映射对象之间的映射，包括模型行为逻辑和运行流程，并且这个映射模拟会根据实际反馈，随着物理实体的变化而自动做出相应的变化。第三个阶段为数字孪生体全生命周期最后阶段，也是数字孪生体具备智能化的阶段，即孪生体智能阶段，该阶段数字孪生体继承了前面两个阶段的数据和模型，同时借助大数据挖掘和智能算法，按照“知识模型-智慧决策-精准执行”的方式精准控制物理实体对象，以达到“以虚控实”的功能目标。数字孪生演化过程如图1-3所示。

图1-3 数字孪生演化过程