2012年NASA给出了数字孪生的概念描述。数字孪生是指充分利用物理模型、传感器、运行历史等数据，集成多学科、多尺度的仿真过程，它作为虚拟空间中对实体产品的镜像，反映了相对应物理实体产品的全生命周期过程。
数字孪生技术在制造行业是传统虚拟样机技术的延伸和发展。从生命周期看，数字孪生分为数字孪生原型和数字孪生实例。实体没有制造出来之前是实体的虚拟设计原型，制造出来交付运营之后，则可生成与之状态和配置一致的数字孪生实例。
数字孪生在游戏行业是三维可视、酷炫、逼真的感官，更多的是引人入胜、贴近现实的三维形态体验。
从物理内涵看，数字孪生包括几何形态的孪生和性能神态的孪生。几何形态是数字孪生的“皮肤、骨架”，性能神态是数字孪生的“灵魂”。数据是数字孪生的“血液”，封装的技术和知识赋予数字孪生“生命”。
01、数字孪生的几何形态
数字孪生的几何形态是把物体的三维形态或者二维形态数字化，通过三维坐标和位图技术，表达产品的空间结构、空间位置等信息。
在产品设计方面，基于几何数字孪生的空间布局、干涉检查、占位预留和各种基于空间的模拟维护维修，在几何空间的不断交互反馈改进产品设计，使之交付之后满足使用要求。
对于几何形态的数字孪生，可以通过虚拟现实沉浸式体验数字孪生产品形状的结果，它是数字孪生的空间可视维度。
02、数字孪生的性能神态
除几何形态数字孪生之外，面向功能和性能的神态数字孪生更为关键，基于功能原理和性能建模，形成多学科、多物理量、多时间尺度、多概率的仿真，反应物理系统在全生命周期中的不同真实场景。
在生产制造方面，基于模型的虚拟企业和基于自动化技术的企业镜像，可以实现在虚拟的环境中精确模拟产品、环境、机器和人，能模拟出产品从构思到实现再到应用的整个流程中的物理特性及性能特征。
在运营服务方面，将物理系统与其等效的虚拟系统相结合，可实现基于数字孪生的复杂系统故障预测与消除，应用于飞机、飞行器、运载火箭等飞行系统的健康管理。
在环境结合方面，以数字化方式对更多潜在环境进行建模，融合数字孪生和环境模型，能够研究和预测复杂产品或装备在极端条件下的行为表现。
03、数字孪生的建设思考
数字孪生不能一蹴而就，要面向现实世界，高度关注其工程实践的可行性，在行业深耕，数据与技术常年不断的积累。数字孪生虚体与真实物理实体的镜像逼近是无止境的。应当根据技术发展，工程可行性、经济效益，还要考虑现有的设备数字化和数据基础，以问题为导向不断推高产品组件、分系统、产品的数字形态，打造产品设计、生产制造和运营服务的神态数字孪生，推进数字转型。
对于性能神态的数字孪生，需要对数字孪生的原型系统功能和整体性能进行建模、仿真，对数字孪生实例的运行进行感知和数据分析，假如没有优秀的算法、工程计算、动态优化的强力支撑，光有几何形态，数字孪生就是无源之水、无本之木。
在数据应用方面，数字孪生体能够利用传感数据不断自我学习和更新，而传感器可以监控实际产品环境和运行条件的各个方面。数字孪生体需要将历史数据纳入其中，提高其智能度。
工业4.0的时代，不仅从视觉感官，更要从反应实际性能状态的数据量化指标去建设数字孪生，形成研发、生产和售后的闭环，工业软件、物联网作为支撑平台将在数字孪生的世界里发挥巨大价值。
