数字孪生：在数字空间中再现现实空间的“双胞胎”

近些年来，“数字孪生”一词在IT新闻等当中出现得越来越多。“数字孪生”是指利用现实空间（物理空间）的信息，在数字空间（网络空间）中再现虚拟现实的方法。人们期望通过在数字空间中创建现实空间的双胞胎，产生以前无法获得的价值。您一定很好奇，数字孪生有什么应用场景，需要哪些支撑技术吧？

“数字孪生”一词的热度近年来已经仅次于人工智能。

据了解，日本国家和东京都在努力实施城市的数字孪生。日本数字厅提出了与日本经济产业省、日本国土交通省等合作实现“构建数字孪生”的目标。为了在数字空间中再现虚拟城市，从而达到未来无人驾驶汽车等自动移动工具的运行目的，正在力争利用3D地理空间信息、气象状况、交通状况等构建数字孪生。

作为其中的一项尝试，静冈县正在致力于构建“VIRTUAL SHIZUOKA（虚拟静冈）”，以1:1的比例在虚拟空间中将静冈县作为点的集合再现。东京都也正在实施“数字孪生实现项目”，期待将其应用于防灾、城市建设、移动、环境和旅游等行业。

数字孪生已经不仅限于上述智慧城市类的应用。在民间，抢先利用数字技术的公司也越来越多地引入数字孪生。数字孪生正在“实现持续运转工厂”、为技术人员提供远程支持以及新领域技术开发等方面发挥积极作用。

数字孪生中的“孪生”就是双胞胎的意思。数字孪生就是在数字世界中创建的现实世界双胞胎。利用传感器和摄像头等将现实世界中的物体的状态作为数据获取，然后在数字世界中再现。

如果能够以高精度在数字世界中再现现实世界的物体，就能在数字世界中确认与现实世界相同的行为。例如，考虑创建工厂的数字孪生。如果尝试长期连续运行该数字工厂，就能掌握未来的问题和修理时间。这使我们能够在不损坏现实世界的设备的情况下验证未来的状况。

与数字孪生类似的术语是“信息物理系统（CPS）”。信息物理系统也是获取现实世界的数据并在网络空间即数字空间中进行分析。在此基础上，在信息物理系统中会反馈分析结果以改进现实世界的状态。

可以看出，数字孪生和信息物理系统是相似的概念，因为它们的目的都是通过同步现实世界和数字空间的状态来创造新的价值。如果我们仔细研究这些概念，就会发现数字孪生的主要目的是在数字空间中再现现实世界并利用分析结果，而信息物理系统的不同之处在于，它的目的是构建一个通过向现实世界反馈来进行改进的循环。也就是说，可以将数字孪生视为信息物理系统的一个要素。

实现数字孪生需要哪些系统构成要素？这些要素需要通过哪些技术手段才能获取？

数字孪生的主要构成要素有以下4个：

• 数据获取

• 数据收集

• 分析与解析

• 反馈

为了在数字空间中掌握现实世界的当前状态，需要实时获取数据。为了对传感器等获取的数据进行分析和解析，需要在数字空间中进行数据收集。此外，还需要一个能够对收集的数据进行高度分析和解析的平台。为了将这些结果反馈到现实世界并能够充分利用，还需要前沿技术。

这里要考虑的一件事是获取的数据的质量。无论数据收集机制和分析平台有多好，如果数据本身的质量很差，就很难从中产生价值。要知道，为了利用数字孪生创造价值，仅仅获取数据是不够的，数据获取的频度、所需数据的种类以及将数据数字化时的精度等也是通过数字孪生创造价值时需要讨论的基本项目。

可以看出，实现数字孪生，需要很多前沿的技术来支撑。

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数字孪生可以模拟现实空间的事件并监控、分析和监视现实世界，以及进行现实世界中难以进行的测试

数字孪生的另一个有用的地方是用于开发和未来预估。

例如，在开发无人驾驶汽车时，使用实际的汽车和行人来验证防撞效果是不现实的。在为调查生产设备耐久性而进行的破坏性测试等当中，如果将实际的设备一直使用到损坏，就会导致生产线停止。现实世界中无法实施的条件在数字孪生的数字空间中是有可能实施的。利用数字孪生，可以实现诸多目标，例如通过反复避免碰撞来改进无人驾驶汽车的软件，或者验证生产设备在发生超出想象的海啸或地震时的表现。如果构建地理信息的数字孪生，还有可能帮助进行灾害预估、尽早掌握受灾损失、预防次生灾害等。

除此之外，正如在与信息物理系统相关内容中介绍的那样，还可能涉及向现实社会进行反馈。预计数字孪生有望用于实时决策和系统控制等。

我们身处的生活、商业和社会环境时刻发生着巨大变化。10年后、20年后的未来将会发生什么，这个问题令人感到扑朔迷离、遥不可及；但毫无疑问，未来社会一定会沿着二个方向发生变化：

一个是活用数字数据，去追求生活、商业和社会活动进一步的充裕性；

另一个是解决气候变化和少子老龄化等社会课题，努力实现可持续发展的社会。

通过现实和虚拟的融合，实现充裕且可持续发展的社会——村田制作所支持实现未来愿景。本系列还将为您介绍数字孪生的应用示例，比如，如何改变行业运营方式？“3D城市模型”如何加速发展的智能城市？