“数字孪生”这个术语由迈克尔·格里夫（Michael Grieves）教授在美国密歇根大学任教时首先提出。2002年12月3日，他在该校“PLM开发联盟”成立时的讲稿中首次图示了“数字孪生”的概念内涵，2003年他在讲授PLM课程时使用了“Digital Twin（数字孪生）”，在2014年他撰写的“数字孪生：通过虚拟工厂复制实现卓越制造（Digital Twin:Manufacturing Excellence through Virtual Factory Replication）”文章中进行了较为详细的阐述，奠定了数字孪生的基本内涵。
在维基百科上，数字孪生（Digital Twin）的定义是“出于各种目的将实物资产进行计算机辅助应用。从安装在实物上的传感器获得数据，来表示出实物的实时状态、工况或者位置。数字孪生也可被用于监控、诊断和预测等应用。”并给出了基于“准确度”和“基于实物-统计”的四个发展方向（如下图）。
（图片来自于维基百科网页）
相比起上面这个定义，百度百科上采用的是美国国防采办大学的定义，描述的更为详尽一些：数字孪生是充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。数字孪生是一种超越现实的概念，可以被视为一个或多个重要的、彼此依赖的装备系统的数字映射系统。
数字孪生是个普遍适应的理论技术体系，可以在众多领域应用，目前在产品设计、产品制造、医学分析、航空航天、工程建设等领域应用较多。例如：数字孪生已经被用来验证和调节汽车自动刹车系统、维修和诊断航空发动机、重新调整控制器以适应性能下降的宇航推进器，以及大量的工厂车间数字孪生模型应用。目前在国内应用最深入的是工程建设领域，关注度最高、研究最热的是智能制造领域。
古人发明了象棋用来模拟推演战争、用观看星象来占卜未来；今人可以利用高度量化的数字孪生技术来模拟或推演物理场景，目的都是为了更为高效和低成本地进行直观布局、推演和预测。其实数字孪生技术已经广泛在我们身边进行着应用，例如最近令国人无比骄傲的嫦娥五号登月，我们在电视新闻里看到的飞行器所有空中姿态镜头都是数字孪生出来的仿真图像，并非实际摄像镜头。
在工业领域，目前有被广泛认同的三类工业化数字孪生定义，即产品设计数字孪生（Digital Product Twins）、生产流程数字孪生（Digital Production Twins）和设备运维数字孪生（Digital Performance Twins）。基于产品的全寿命周期，数字孪生技术可以贯穿始终，并将所有记录都实现数字化，集成在PLM（Product Lifecycle Management）产品全寿命周期管理系统平台中进行知识管理。于是自然形成了智能化设备、边缘计算系统、OT（Operational Technology）运营技术系统与IT信息化系统相互数据融合，这才能够真正意义上实现制造业升级，帮助制造业企业向最终用户更好地服务，创造新的价值空间。
（图片来自于Matlab Expo 2019）
大约从2014年开始，西门子、达索、PTC、ESI、ANSYS等知名工业软件公司，都在宣传中使用“Digital Twin”这一名词，并陆续在技术构建、概念内涵上做了很多深入研究和拓展。在技术应用方面，美国波音公司率先为F-15C型飞机创建了数字孪生体，不同工况条件、不同场景的模型都可以在数字孪生体上加载，每个阶段、每个环节都可以衍生出一个或多个不同的数字孪生体，从而对飞机进行全生命周期各项活动的仿真分析、评估和决策，让物理产品获得更好的可制造性、装配性、检测性和保障性（如下图）。
（图片来自于百度）
由于我国在工业设计软件自主开发方面的全面落后，目前我们在国内看到的所谓“数字孪生”，十分缺乏在设计阶段和运维中的实际应用，比较多的都是出现在生产场景，例如车间现场和设备的静态虚拟模型搭建，然后将模型展示在监控中心的大屏上，再显示一些报警信息和结构化报表。这种信息化项目的投入往往很难得到中层管理人员的认同和理解，因为可视化只是数字孪生的一个组成部分，已经十分了解业务情况的中层管理人员和基层操作人员并未能从信息可视化中获得足够多的业务支持。有价值的数字化项目投入应该符合企业发展战略，聚焦在新技术如何给企业赋能，整体实现企业在价值链不同环节的能力提升，促进敏捷性组织重构，从而对业务产生实际价值。
一般来说，成功实现数字孪生技术的企业都有一个雄心勃勃的发展愿景，内部文化积极向上，极端重视现代化管理人才培养，特别是培养大量的跨专业的数字化人才，并坚持持续投入企业数字化转型战略。而许多企业在数字化转型过程中过于关注IT系统本身孰优孰劣，或者实施团队哪家更强，往往忽视了内部的战略规划、文化氛围和人才机制。其实，企业数字化转型要转的不止是“系统”，而是企业“基因”。只有“转基因”成功，才能更好地响应习近平总书记多次强调的“善于化危为机，抓住产业数字化、数字产业化赋予的机遇”。
目前全球都处于数字化转型迅猛发展阶段，主要任务是将现实世界中的“人财物”更为广泛地变成可量化的、结构化的、计算机更容易读懂的数据，数字孪生技术的发展主要依靠企业希望提升运营效率和业绩来驱动。而在未来，随着资源越发稀缺，企业对设备资产全寿命管理表现出足够重视，设备的运维和改造升级项目将以近乎零成本对这些数字孪生体进行虚拟测试和反复迭代，这样可以大幅度减少对物理实体测试环境的依赖和损耗，减少或避免可能出现的环境污染或人体伤害。最终通过一两次迭代就能实现对实体机器设备的改进。因此，数字孪生技术突破的领域将更加宽广，结合AI、VR/AR、量子计算机、3D打印等高科技必定会催生出多个独角兽巨星公司，同时也会给我们的世界带来难以想象的变化。吕克贝松拍摄的电影《超体LUCY》离我们真的不会太过遥远，DC动画片《超能陆战队Big Hero》里的一幕幕场景也都会变成现实......
