什么是数字孪生？建立一个系统，在其中装满传感器，然后使用数据为模型提供动力，该模型可以准确地告诉您系统中发生了什么，也许还可以告诉您如何使其变得更好。

更精确的定义是困难的，因为不同领域的双胞胎的大小和性质是如此不同。荷兰埃因霍温理工大学机械工程教授 Shane O'Seasnáin 表示：“我发现，有多少研究人员，就有多少关于数字孪生的想法。” “这是有充分理由的：通常人们专注于一个研究领域，因此他们会为其用例构建数字孪生。”

德克萨斯农工大学机械工程系教授、该大学数字孪生实验室成员郑·奥尼尔 (Zheng O'Neil) 则用另一种方式表述：“它是现实世界实体和过程的虚拟表示，以指定的频率和保真度同步， “ 她说。“随着传感、通信和计算技术的快速发展，数字孪生已经被开发出来并用于通过实时数据模拟现实世界的条件，改进操作并实现各种规模的优化。”

无论您如何定义，数字孪生都是一个席卷工程界的概念。当系统变得复杂时，没有更好的工具来理解交互和做出预测。以下是数字孪生即将带来革命性变革的五个领域。

建筑物

世界上有很多建筑物，每一栋都是一堆系统和子系统。准确了解电力、管道、供暖、制冷、人流、电梯、工作时间表和清洁时间表如何协同工作（有时甚至相互矛盾）以保持建筑物的功能，自然会带来更高的效率、舒适度和设计。

“我们使用模拟为建筑业主和设计师提供非此即彼的分析场景，”奥尼尔说。“但我们不仅仅在设计阶段使用这些模型，我们还尝试在建筑物的整个生命周期中使用这些模型。”

由于建筑物内有数千个传感器，该模型可以产生比人类操作员想象的更有效的解决方案。例如，当建筑物的温度处于适合居住者的舒适水平时，没有数字孪生的建筑物经理可能会认为一切正常，但事实上，可能会出现严重的浪费。

“如果室温保持完美，你就不会观察到我们所说的同时加热和冷却的现象，”奥尼尔说。“设施经理可能不会注意到这一点，直到他们收到账单。” 数字孪生将提供建议，然后业主和管理者可以最好地决定如何解决问题。

同样，在感冒和流感季节，数字孪生可以建议如何将人们安置在建筑物中，以最大化他们之间的空间。或者，在供暖费用可能昂贵的时期，数字孪生可以建议将人们聚集在一起。

约翰逊公司的 OpenBlue、微软的 Azure 和霍尼韦尔的 Honeywell Forge 等数字孪生解决方案很快将在全球智能建筑中投入使用。

城市

地球上几乎没有比城市更复杂的实体了。这是一个由交通和行人模式、地铁和水道组成的网络，更不用说发电厂和电力使用、流入和流出、食品供应和人口统计了。当然，每个领域都有专门的土木工程师，但数字孪生可以提供新的见解并阐明以前从未设想过的联系。 

“您可以将不同类型的系统和用户组合在一起，并真正看到所有这些所产生的紧急影响，”O'Seasnáin 说。“也许我们可以看看地下水位，我们可以看看污染，我们可以看看个人行为，我们可以看看肥胖和糖尿病等问题，我们可以看看绿色空间——我们可以看看各种领域，我们可以确实可以更进一步并做出更好的决策。”

达索系统正在与法国雷恩市合作创建数字孪生。虚拟 3D 模型几乎可以在其中行走，城市规划者和企业将能够就开发、基础设施和旅行做出复杂的决策。

由于水和温度管理对生存至关重要，新加坡凭借虚拟新加坡数字孪生技术处于领先地位。它已经拥有 300 万张街道照片、160,000 张航拍照片，并在 100 TB 的虚拟城市中内置了数十亿个数据点。世界上许多城市——赫尔辛基、上海、纽约等——都在效仿。

农场

数字孪生在远离城市的地方也占有一席之地。农场是一个与其他系统一样的系统，其自动化程度不断提高，并且依赖于许多不断变化的变量。现场的湿度和土壤传感器、谷仓中的牲畜监测器、供应链信息和机械数据都可以输入到一个模型中。通过关注手机或计算机上的数字孪生软件，农民可以在不依赖直接观察的情况下做出决策。根据自动化程度，他们还可以在舒适的屏幕上更改计划。

荷兰马铃薯种植者雅各布·范·登·博恩 (Jacob van den Borne) 正在为他在勒塞尔 (Reusel) 的工厂打造这样一个数字双胞胎。

“他的祖父过去常常在他的农场里散步，拿着一个小笔记本说，‘好吧，这里湿，那里干，这里的草长得更高，那里的杂草长得更好，’”奥西斯奈恩说。“因此，在某种程度上，他在概念上正在构建一种双胞胎，只是他没有软件。” 现在，范登博恩拥有软件、无人机和传感器，可以使他的农场尽可能精简和高效。

不用说，土豆并不是唯一可以从双胞胎中受益的作物。位于科珀斯克里斯蒂的德克萨斯 A&M 农业中心的研究人员正在为棉花种植创建数字孪生，以帮助农民在作物生长和纤维质量之间取得平衡。同样，爱荷华州立大学的人工智能复原农业研究所正在创建“人工智能驱动的预测性数字双胞胎”，以实现更好的资源管理。他们希望它能帮助农场超精准、高效地使用水、肥料和能源，最终