2.1 數字孿生的構成要素

從不同的角度來看，數字孿生有不同的構成要素。

2.1.1 從空間角度看數字孿生的構成要素

2002年，邁克爾·格里夫斯博士在一次學術會議上首次提出“產品生命周期管理的概念性構想”，這是最早討論類似數字孿生的概念，因為2002年還沒有數字孿生這個術語名稱，直到2010年，NASA的約翰·維克斯在一份藍圖報告中首次使用了“數字孿生”這一術語。

邁克爾·格里夫斯博士在闡述“產品生命周期管理的概念性構想”時，提出這一構想涵蓋了虛擬空間、現實空間、信息流鏈接、數據流鏈接和虛擬子空間等要素，而這些要素就是從空間角度看數字孿生的基本構成要素。

2.1.2 從對象角度看數字孿生的構成要素

2017年，邁克爾·格里夫斯博士和約翰·維克斯在對數字孿生各對象下定義時，討論并描述了數字孿生的基本構成要素，它們分別是：數字孿生原型（Digital Twin Prototype，DTP）、數字孿生實例（Digital Twin Instance，DTI）、數字孿生環境（Digital Twin Environment，DTE）。

1.數字孿生原型（DTP）

DTP包含了全面的信息集，用于描述與虛擬模型相對應的現實物理原型。DTP扮演著重要角色，它描述現實世界對象所需的全部信息，是數字孿生的底稿。DTP的信息集包括物理實體的必要信息、詳盡注釋的3D模型、依照說明書和物料清單列出的各種物料、服務清單與工藝清單等。這個信息集包含不限于上述的物理實體幾何模型，還包含操作數據、傳感器數據、歷史維護記錄、性能參數等其他信息。

2.數字孿生實例（DTI）

DTI是用來描述一個獨立的數字孿生。在現實原型產品的生命周期中，DTI始終與其對應的物理原型保持鏈接。基于使用需求，DTI有不同的信息包，如詳盡注釋的帶有幾何尺寸和公差（GD&T）的3D模型，這個模型描述了物理實體的幾何形狀以及所有零部件信息，包括其物料清單（如包含所有過去和現有的零部件清單）。DTI還包含生產該物理實體所需要的全部作業流程的流程清單。DTI還包括物理實體所需的各種測試和測量結果、更換零部件的記錄、基于傳感器數據的運行狀態、當前實時數據、歷史數據、預測數據等。

3.數字孿生環境（DTE）

數字孿生環境（DTE）是一個集成的、多域的虛擬環境，它為數字孿生提供了一個全面運作的平臺。DTE支持數字孿生在其整個生命周期中的創建、發展和維護。在數字孿生環境中數字孿生可進行如下操作：

● 預測：數字孿生在DTE中可預測物理產品的未來行為和性能。在原型階段，它預測產品及其組件的行為，包括公差預測，以確保設計滿足要求。在實例階段，預測針對的是特定物理產品，涵蓋現有部件和歷史更換的部件。

● 查詢：數字孿生在DTE中可通過數字孿生實例查詢物理原型當前和過去的歷史記錄。基于不同DTI提供的數據，可以對物理實體進行關聯性分析和預測性分析。

并非所有產品都有數字孿生實例（DTI），只有那些在其整個生命周期中具有重要信息的產品，如飛機、火箭、建筑設備和汽車，才需要創建DTI。相比之下，像回形針這樣的產品則不需要創建DTI。

此外，2019年，邁克爾·格里夫斯博士提出了數字孿生聚合（Digital Twin Agreement，DTA）概念，并將這個概念定義為所有數字孿生實例（DTI）的集合。

2.1.3 從運行角度看數字孿生的構成要素

從數字孿生的運行角度來看，它也有一些基本構成要素。在詳細闡述數字孿生的工作原理之前，我們先來了解一下這些基本構成要素。

從運行角度來看，實體對象的數字孿生模型是最基本的構成要素之一，它需要被創建。實體對象的數據是另一個基本構成要素。傳感器作為獲取數據的工具，提供了必要的信息，因此從運行角度來看，傳感器也是基本構成要素之一。將現實世界中的對象與虛擬世界中的數字孿生相連接的鏈接機制，也是數字孿生的基本構成要素。

因此，從數字孿生的運行角度來看，實體對象的數字孿生模型，以及實體對象的數據、傳感器和鏈接等都是數字孿生的基本構成要素。