近兩年，數字孿生Digital Twin一詞出現的頻率越來越高，從概念到應用，數字孿生的身影正在變得清晰。
可能是直譯的關系，數字孿生給人的感覺不像一個完整的名詞，因此也有人解釋為“數字雙胞胎”，這樣聽起來更好理解了。數字孿生目前還沒有準確的起源，應該是人們在工程實踐中逐漸摸索總結出來的一種方法。最早使用的一些來源均與航太應用有關，因為這一領域的成本十分驚人，人們總是期望能夠降低設計使用的前期成本。
2010 年，“Digital Twin”一詞在 NASA 的技術報告中被正式提出，并被定義為“集成了多物理量、多尺度、多概率的系統或飛行器仿真過程”。
在科技進步的帶動下，工程、設計人員充分利用現有的技術，使用物理模式行，傳感器，還有大量已知數據集，借助多種學科的交叉使用，還有AI技術，在數字空間為實體（可能是一顆芯片，也可能是輛汽車、一架飛機、一個有機生命體等等）再造出一個“孿生兄弟/姐妹”，更準確地說其實是完全一樣的“克隆體”。
人們可以在這個“數位克隆體”進行觀測、修改驗證設計，而不至于影響本地，也能夠通過長期數據，預測可能出現的問題。從這個角度來看，更像是更大規模的仿真，而且這個仿真是具有實時性的，能夠貫穿整個設計使用周期。
“大部分人認為 AI 主要是一種終端用戶需求，現在 AI 業已成為實現更快產品設計和開發的必要條件。從最早的芯片組設計、電路版圖一直到最終產品驗證，仿真軟件成為了仿真復雜接口和環境不可或缺的工具。這些仿真器被稱為數字孿生，它們是能夠以虛擬形式充當“已知良好信號”的過程、環境條件或協議。” 是德科技全球企業和產品營銷副總裁Jeff Harris說
比如：在測試領域，數字孿生可能是一個簡單的信號發生器，一個完整的協議發生器，或者是一個完整的環境模擬器。數字孿生讓開發人員能夠快速創建更豐富的測試條件，從而在發貨之前完成產品驗證。高性能數字孿生通常包含它們自己的 AI 引擎，這使得它們能夠自動進行故障診斷，并對新產品設計展開回歸測試。
意大利尼莫花園目前部署西門子 Xcelerator 數字孿生
尼莫花園的工程師、潛水員和科研人員團隊尋求水下種植草本植物、水果和蔬菜的可行性。
關鍵技術創新在其打造的“水下生物圈”，這是一種非常特別的水下溫室，能夠有效利用海洋的有利環境條件，如溫度穩定性、蒸發式淡水生成、二氧化碳吸收、充足的氧氣以及天然的蟲害屏障等，創造適合農作物種植的理想環境。
尼莫花園聯合創始人 Luca Gamberini 表示：“最初了解到西門子的數字孿生技術時，我立刻被吸引了。尼莫花園的系統是獨一無二的，我們必需根據安裝環境的具體狀況進行適應性調整。利用數字孿生技術，我們便能在正式安裝之前以虛擬方式先對環境進行建模，進而預測將會遭遇的挑戰并尋找適合的方式加以解決。了解生物圈周圍的水流情況使我們大受裨益，現在，我們不僅能夠更好地了解生物圈周圍結構的壓力點，同時還能掌握日照、溫度以及所有其它物理因素之間的各種互相作用會對植物產生怎樣的影響，而這一切都源自數字孿生技術能夠將我們的系統準確復制。”
尼莫花園的數字孿生 圖片來源：西門子
尼莫花園生物圈的完整數字孿生，不僅可以利用西門子 NX™ 軟件改進設計，還能夠使用 Simcenter™ STAR-CCM+™ 軟件對生物圈內的生長條件、設備對水域的影響以及安裝生物圈的整體環境進行仿真。從此，尼莫花園團隊便可以擺脫氣候條件、季節性以及短暫的生長期，或潛水和監測的局限性等限制條件。通過在虛擬世界中對生物圈所做的調整進行測試，團隊得以大幅加快設計優化速度。
通過全面實施數字化轉型，尼莫花園正逐步將一個概念轉變成一個具有商業可行性、且可在全球范圍內進行部署的可持續海底種植平臺。盡管新設計的生物圈要到下一生長期才開始部署，但基于生長環境的完整數字孿生，團隊可以不斷推進計劃，實現設計優化和流程自動化，以便為全球部署做好充足的準備。
Sierra Space 使用Xcelerator 革新太空探索技術
在太空探索領域，數字孿生技術正在發揮更大的作用。
Sierra Space 計劃打造一個全面數字化的環境，覆蓋從工程到制造、再到持續性保障的全過程，實現未來太空運輸、目的地和基礎設施的目標，以創新技術助力太空經濟的發展和落地。
Sierra Space 的下一代數字化工程平臺就使用數字孿生作為核心技術之一，其中Dream Chaser（追夢者號）商業化有翼航天飛機使用西門子 Xcelerator，貫穿其設計、工程、建造以及測試的全過程，包括結構、熱、機械、電氣和軟件設計、航天器制造、需求驗證和全生命周期維護等各個方面。LIFE™ habitat 利用數字孿生技術，打造商業居住和科研平臺。
Sierra Space 追夢者號®航天飛機和它的數字孿生兄弟 圖片來源：西門子
追夢者號能夠以 1.5G（1.5倍重力加速度） 的再入軌加速度完成載人和貨運任務，并在全球范圍內兼容的任意商業跑道上進行著陸。NASA 與追夢者號簽訂了合約，執行往返于國際空間站（ISS）的貨運任務，單次運貨量可達 12,000 磅。
Sierra Space 追夢者號®航天飛機與LIFE™ habitat模塊 (圖片來源：© Sierra Space）
Sierra Space 還計劃在地球軌道上設計、開發、建造和運營以客戶為中心的太空目的地并為之提供支持。Sierra Space 目前已與藍色起源（Blue Origin）合作開發了 LIFE habitat 充氣模塊（Large Integrated Flexible Environment），作為 Orbital Reef 商業空間站項目的核心構成。LIFE habitat 采用模塊化三層架構設計，是一個商業居住和科研平臺，可為包括制造和制藥在內的各行各業提供機會，助其充分發掘零重力環境的優勢。其可以部署于近地軌道、月球表面或月球軌道上，也可以作為前往火星的運輸工具。西門子Xcelerator 解決方案組合將貫穿 LIFE habitat 研發及其他空間站任務的各個階段。
小結：
在工業，特別是尖端制造業的優異表現，數字孿生受到了各國的重視，提供優先政策，鼓勵企業學習使用，鼓勵人才培養，伴隨著AI技術的成長，數字孿生構建的虛擬克隆體也變得更加健全，發揮作用的領域也早已從工業擴展到農業、金融、醫療、制藥等更多領域。
