数字孪生是指在工业互联网平台上，通过虚拟仿真、大数据分析和云计算等技术手段，实时动态地监测、模拟、预测、优化工业产品在生产全过程中的性能、参数及状态，从而对生产过程进行可视化仿真分析并进行有效指导。数字孪生主要包括两个方面的内容，即数字世界和物理世界的映射，通过利用先进信息技术手段，将虚拟的产品或设备在物理实体上进行实时仿真与模拟操作，从而实现虚拟与现实相融合。

数字孪生

本文首先介绍了数字孪生的定义，介绍了数字孪生的特点、构成和作用，指出了其对传统工业生产流程、设备制造与管理、能源使用与环境等领域会产生重大影响。其次，本文对数字孪生的应用进行了论述，详细分析了其在城市智慧管理和智能制造等方面的应用和发展现状、技术基础以及相关的研究成果。最后，对目前数字孪生研究中存在的问题及未来研究方向进行了分析，并就其发展前景做出探讨。

一、引言

数字孪生（Digital Twin）是工业互联网平台的核心技术之一，其发展经历了四个阶段，即概念阶段、试验运行阶段、工业级生产应用阶段和大规模示范应用阶段。

2015年初开始，国家陆续发布了多项关于数字孪生技术的标准规范、产业规划和应用指南，同时也在国内一些大企业中展开试点探索实践工作，并取得了一定成效；

2016年初开始，工信部发布《工业互联网发展行动计划（2016-2020）》，提出到2020年在全国范围内培育100个以上工业互联网平台，加快建设一批产业集聚、创新能力强的国家新型工业化产业示范基地；

2017年4月工信部正式印发《软件和信息技术服务业“十三五”发展规划》和《关于深化软件产业与信息服务业融合发展的指导意见》，明确指出要加快推进基于数字孪生的先进制造技术、工业互联网平台等关键技术及产品研发进程；

2018年4月工信部印发《国家新型工业化产业示范基地（工业互联网平台）建设工作方案》，提出将推动制造业数字化转型与新型互联网基础设施建设两个融合；

2018年8月工信部印发《“互联网+”行动计划（2018-2020年）》，将数字孪生列为“互联网+”行动计划的重要组成部分；

二、数字孪生在城市智慧管理与智能制造中的应用

1、城市管理：数字孪生通过感知和认知城市运行数据，可以实现对城市整体运行状态的感知和监测。

2、智能制造：利用数字孪生，在虚拟空间中构建一个与物理实体相似的仿真模型，可对设备的参数设置进行实时调节，还可实时模拟设备在运行过程中遇到的问题并进行解决。

3、工业4.0:数字孪生技术可以有效实现工业设备的智能化管理和协同制造，可实现生产任务自动化、生产线智能化、生产环境数字化和资源利用最优化。

4、城市应急管理：数字孪生技术可以通过虚拟仿真来模拟实际物理过程中可能出现的各种问题并做出有效应对措施。

5、智慧医疗：利用数字孪生技术，可以进行远程实时监控与管理，从而使医生可以远程诊疗和指导患者进行疾病救治。

6、智慧能源：利用数字孪生技术可以实时监测和预测能源消耗与排放情况。

三、数字孪生研究中存在的问题及未来研究方向

目前数字孪生的发展仍存在一些问题，如物理世界与数字世界缺少有机统一；各行业的数据标准不统一、数据信息共享程度低；各企业间信息互通、协同不足。

未来的研究方向应基于以下几个方面：

1.以数字孪生技术为核心，构建涵盖物理世界与数字世界的融合系统，实现对物理过程、系统以及数据等的全面感知、动态分析和智能决策。

2.以数字孪生平台为载体，构建面向行业应用的开放平台。

3.构建数字孪生技术与工业互联网服务框架，推动行业数字化转型。

4.以新一代信息技术创新为支撑，进一步促进数据开放共享。

可视化的数据展示

但是由于传统的可视化方式不够直观，用户很难准确了解数据背后的含义。

想要更好地向观众传达数据，我们就需要使用到可视化技术将多个维度进行叠加。如：

1.可视化的方式有多种，例如通过多维图形结合多行文字进行交互；通过可视化和数据分析等手段来进行多维展示；也可以结合声音、视频、图片多种方式来帮助观众理解。

例如：利用三维动画将某一天的气温，降雨量等进行可视化，这样就能够让观众更加直观地了解到温度与降雨量对一天气温变化的影响。

除了这些之外，还有很多方法来帮助我们更好地向观众传递数据，如：利用图表、视频、H5、 Flash、3D模型等，帮助我们更好地理解数据背后的含义。#数据可视化设计#知识分享#学习打卡