沒有數(shù)字孿生，元宇宙就是一個空泛的名詞。目前，互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等數(shù)字技術(shù)越來越深入人們的日常生活。人們投入到社交網(wǎng)絡(luò)、電子商務(wù)、數(shù)字辦公的時間不斷增多，個人也越來越多地以數(shù)字身份出現(xiàn)在社會生活中。可以想象，除去睡眠等占用的休息時間，如果人類每天在數(shù)字世界活動的時間超過有效時間的50%，那么人類的數(shù)字身份會比物理世界的身份更真實有效。而在萬物實現(xiàn)數(shù)字化之后，我們就能借助數(shù)字化應(yīng)用與萬物互聯(lián)互通互動，這就催生了一項新技術(shù)應(yīng)用，那就是數(shù)字孿生。

借助各種數(shù)據(jù)采集技術(shù)來構(gòu)建物理實體的數(shù)字孿生體，即借助傳感器監(jiān)測一個設(shè)備或系統(tǒng)，建造數(shù)字版的“克隆體”。這個“克隆體”被創(chuàng)建在信息化平臺上，是虛擬的，但又真實呈現(xiàn)著物理實體。與當前的計算機建模設(shè)計圖紙不同，數(shù)字孿生體最大的特點在于，它是對實體對象的動態(tài)仿真。也就是說，數(shù)字孿生體是會“動”的，而且實時反映物理實體的運行狀態(tài)。可以說，數(shù)字孿生體是一個基礎(chǔ)版的元宇宙。

數(shù)字孿生的誕生，源于一系列技術(shù)的共同進步。當前，基于傳感器、智能裝備、工業(yè)軟件、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算和邊緣計算的成熟和更廣泛的商業(yè)實踐積累，數(shù)字孿生走到了一個新的節(jié)點。隨著數(shù)字孿生概念的成熟和技術(shù)的發(fā)展，一個數(shù)字孿生世界正在被不斷構(gòu)筑。

數(shù)字孿生技術(shù)的應(yīng)用，從飛機、汽車、船舶等高端產(chǎn)品制造業(yè)，發(fā)展到高科技電子行業(yè)及生活消費行業(yè)。在基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)中，數(shù)字孿生的身影也日益增加，應(yīng)用對象包括鐵路、公路、核電站、水電站、火電站、城市建筑乃至整個城市。可以說，今天，數(shù)字孿生已經(jīng)走進我們的生活并且覆蓋了不同行業(yè)的各個方面。

2020年初，達索系統(tǒng)公司提出了數(shù)字化革命要從原來物質(zhì)世界中沒有生命的“thing”擴展到有生命的“l(fā)ife”。從造物角度來講，生物體比機械復(fù)雜得多，如人體數(shù)字化，與人體相關(guān)的多學(xué)科、多專業(yè)的系統(tǒng)化研究成果即將全部注入人體的數(shù)字孿生體中。這有利于降低各種手術(shù)風(fēng)險，改進藥物研發(fā)效能，提高藥物效用。可以預(yù)見，數(shù)字孿生技術(shù)還將從原子、器件應(yīng)用擴展到細胞、心臟、人體，甚至未來整個地球都可以在虛擬賽博空間中重建數(shù)字孿生體。

本書對數(shù)字孿生技術(shù)在各行業(yè)的應(yīng)用進行了深入的解析。概念篇對數(shù)字孿生的概念做了詳細解析，包括數(shù)字孿生概念的發(fā)展、數(shù)字孿生的核心技術(shù)、數(shù)字孿生的價值及發(fā)展現(xiàn)狀。應(yīng)用篇對數(shù)字孿生技術(shù)在智慧制造、智慧交通、智慧城市、智慧建筑、智慧能源、智慧健康、智慧國防、智慧戰(zhàn)爭、航天航空和元宇宙十個領(lǐng)域的應(yīng)用進行了案例分析，案例均來自國內(nèi)外最新的數(shù)字孿生應(yīng)用。未來篇對數(shù)字孿生進行了展望，包括數(shù)字孿生技術(shù)的發(fā)展趨勢、標準化問題、通用性問題及需要面對的現(xiàn)實挑戰(zhàn)，并描述了即將出現(xiàn)的數(shù)字地球。

數(shù)字孿生代表了繼搜索和社交媒體之后互聯(lián)網(wǎng)的“第三波浪潮”，是一項用于產(chǎn)品全生命周期管理的顛覆性技術(shù)方法，不論是制造業(yè)、建筑業(yè)，還是生命科學(xué)領(lǐng)域，都會因數(shù)字孿生技術(shù)而發(fā)生革命性的變化。

由于寫作時間倉促，加之數(shù)字孿生屬于新的技術(shù)應(yīng)用，目前還處于發(fā)展探索階段，因此本書難免存在不足之處，望讀者諒解。本書適合對前沿技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、數(shù)字孿生、元宇宙感興趣的人員閱讀，以及供數(shù)字化相關(guān)專業(yè)的師生使用。

陳根

2024年 春