近年来，数字孪生（DigitalTwin）一词迅速蹿红，成为一个炙手可热的概念。但随着工业界和学术界对数字孪生的不断解读，其含义却越发扑朔迷离，和其他一些相关概念的界限也越来越模糊。数字孪生到底是什么，能做什么，边界在哪里，它和建模仿真是什么关系等等问题令很多人困惑。本文尝试对其中的一些疑惑进行粗浅的分析。

由于Digital Twin的中文翻译莫衷一是(这个问题稍后会提到)，暂时使用DT代表Digital Twin。

在信息领域，一个概念有多种解释已是司空见惯的事情。不过大多概念虽然在开始出现时含义模糊，定义不明，但经过一段时间讨论和沉淀之后，会逐渐形成一致的看法，比如云计算。而DT很有意思，它一开始的时候，含义还比较明确，但随着研究的深入，定义和内涵却越来越模糊。另外，很多概念，虽然有多种不同的定义和解释，但大致的区别都在于要么看问题的角度和侧重点不同，要么解释的详细程度不同，要么文字表述方式不同，而概念本身所指向的事物主体却是确定的。像DT这样，不同的定义指向不同的主体，却不多见。

DT一词，业界一般认为，是由密西根大学MichaelGrieves教授于2002年针对产品全生命周期管理(PLM)提出的一个概念，当初并不叫Digital Twin，而是叫镜像空间模型 (Mirrored Space Model, MSM)，后来NASA的John Vickers将其命名为Digital Twin。其模型的属性是很清楚的，尽管当时没有引起太多关注，却也没有什么歧义，DT就是一个数字化的模型。

但随着NASA将其引入《NASA空间技术路线图》，DT的含义发生了重要的变化。NASA给出的解释是这样的：DT是充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。

DT的主体变成了仿真。

还是这个报告，又很明确地指出，NASA的Digital Twin就是“基于仿真的系统工程”（Simulation-Based Systems Engineering）。

DT的主体又变成了系统工程。

NASA对DT的这些解读大概是引起后续DT的定义和内涵含糊不清的根源。我们不妨列举一些有代表性的定义。

(1) DT是物理设备的一个实时的数字副本。

(2) DT是有生命或无生命的物理实体的数字副本。通过连接物理和虚拟世界，数据可以无缝传输，从而使得虚拟实体与物理实体同时存在。

(3) DT是对人工构建的或自然环境中的资产、流程或系统的数字表示。

(4) DT是资产和过程的软件表示，用于理解，预测和优化性能以改善业务。

(5) DT是实际产品或流程的虚拟表示，用于理解和预测对应物的性能特点。

(6) DT是在云平台上运行的真实机器的耦合模型，并使用来自数据驱动的分析算法以及其他可用物理知识的集成化知识对健康状况进行仿真。

(7) DT是物理对象或系统在其整个生命周期中的动态虚拟表示，使用实时数据实现理解，学习和推理。

(8) DT使用物理系统的数字副本执行实时优化。

(9) DT是现实世界和数字虚拟世界沟通的桥梁。

各种定义中所提到的和DT有关的各个部分。包括①物理对象、②数据、③模型、④仿真和⑤仿真结果。

第一类：定义(1)~(5)将DT定义为数字副本、数字表示、软件表示或虚拟表示，指向③，即DT是一个随物理对象实时更新的模型，因为不管是数字副本、数字表示还是软件表示或虚拟表示，都属于模型的范畴。

第二类：定义(6)~(8)将DT指向③和④，即DT是模型加仿真。

第三类：定义(9)将DT指向②和⑤，即DT是连接物理对象和模型之间的桥梁。

那么，作为一个严谨的学术术语，哪一个更合理呢？不妨来分析一下。

第二类将建模和仿真合起来定义成一个新的概念，一方面没有必要，另一方面也不合理。因为模型和仿真虽然密切相关，但确是两件事情。模型是对事物的描述，而仿真则是基于模型的各种活动，就像两个数的量纲不同，是不能直接相加成为一个数的。

第三类听起来很有煽动性，但却最不合理。如果将来自物理对象的数据或是仿真反馈的数据称为“桥梁”到无可厚非，但这两类数据都不能称为物理对象的Twin。

因此，相对而言还是第一类定义最为合理，即DT就是物理对象的一个数字化模型。只不过这个模型可以实时接收来自物理对象的数据，从而可以不断演化以保持与物理对象的一致。当然并不是说之前的模型不具备演化特性，只不过之前模型的演化并没有强调实时性。

在关于DT的理解中，还有一个问题令人困扰，即一个DT是否应该包含物理对象？这也使得很多人对于DT与信息物理系统的关系感到困惑。

造成这个问题的根源也来自NASA和美国空军研究办公室的相关文献[12-13]，它们认为DT的概念由三个不同的部分组成：物理产品，数字/虚拟产品以及两个产品之间的连接。即图1中的①②③甚至⑤。

但显然这样的解释存在逻辑上的问题。如果DT里面包含物理系统，那么这个Twin就没有了参照物。因为Twin一定是和另一个人（或物体）相对而言的。当然如果将①和③合起来称为Twins，即双胞胎，倒还说得过去，但不能叫Digital Twins，因为其中一个是digital，另一个是physical。所以在DT概念里还是应该把物理对象和数字模型这两部分区分开来。

按照前面的分析，若将DT定义为物理对象的一个数字化模型，那么DT和信息物理系统(Cyber Physical System)之间的关系就很容易理清了，即数字模型、基于数字模型的各种活动（仿真）、物理对象以及数字模型和物理对象之间的连接（数据及仿真结果）形成一个信息物理系统。

另外，还有一个可能引起即DT中是否应该包含从物理系统采集的数据，即图1中的②？本人认为，DT概念中不需要也不宜包含这类数据，因为这里的模型是根据这些数据实时演化的，所以数据的信息将在模型中得到体现。而且关于数据还有一个专门的技术，即Digital Thread技术，它可以用来处理和Digital Twin有关的数据问题。

再来看一下关于DT 的中文翻译问题。目前虽然数字孪生一词用的较为普遍，但数字双胞胎或数字化双胞胎等称谓仍然经常被使用。

DT最早翻译为数字化双胞胎或数字双胞胎。后来经专家考证，改为数字孪生。大概的意思是说，双胞胎是指两个人，即双胞胎兄弟或双胞胎姐妹，对应的英文单词应该是Twins，Twin则是指双胞胎中的一个，所以应该叫孪生。其实孪生这个词在中文里也少见单独使用，多数情况下和兄弟、姐妹连用，如孪生兄弟、孪生姐妹等。不过单从词义的准确性上讲，用数字孪生对应Digital Twin，确实比数字双胞胎更合理些。

联想前面提到的关于DT概念的各种解释，将DT译为数字孪生，也就意味着，默认了DT是指模型这一事实，并且不包含物理系统。因为孪生指的是双胞胎中的一个，显然不包含所对应的物理系统本身。如果既包含模型部分又包含物理部分，那叫数字（化）双胞胎应该更合适些，虽然也不算严谨，因为正如前面所说，物理系统不是数字的。

在中文文献中，对DT还有一种解读，即将其解释为一种建模的过程和方法，也称为数字孪生技术，而利用这一技术所构建的模型称为数字孪生模型，或数字孪生体。这样的解释显然和DT的基本含义无法对应。

歧义的问题，

对DT概念认识上的模糊不清，也是导致中文翻译一直不能统一的一个重要原因。

综上所述，笔者认为，将DT翻译为数字孪生更符合其本来的含义。对于数字孪生可以这样理解：

数字孪生是物理对象的数字模型，该模型可以通过接收来自物理对象的数据而实时演化，从而与物理对象在全生命周期保持一致。基于数字孪生可进行分析、预测、诊断、训练等（即仿真），并将仿真结果反馈给物理对象，从而帮助对物理对象进行优化和决策。物理对象、数字孪生以及基于数字孪生的仿真及反馈一起构成一个信息物理系统 (cyberphysical systems)。面向数字孪生全生命周期（构建、演化、评估、管理、使用）的技术称为数字孪生技术(DigitalTwin Technology)。

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