作者 Jeremy Cook
数字孪生概念是一种代表“事物”的新方式，但我们是如何走到这一步的？我们又如何在工程领域向全面的数字孪生未来迈进呢？
如果您在上世纪 80 年代中期或更早的时候上过工程学校，您可能会学到如何在实际的打印纸上制作和解释二维技术图纸。到了 20 世纪 90 年代和 21 世纪初，同样的 2D 图纸可以用 2D CAD 程序制作出来，最著名的当属 AutoCAD。虽然这加快了绘图过程，但数字化设计的真正革命将随着 SolidWorks 和 Pro Engineer 等 3D CAD 软件的普及而到来。
实体建模是一个巨大的飞跃，使工程师能够更准确地表示物体尺寸，并进行有限元分析等模拟。它还允许与 CNC 设备进行更先进的集成，并最终实现 3D 打印。现在，数字孪生技术的集成将进一步革新工程师的工作方式并优化设计。
工程中的数字孪生技术
数字孪生是一个信息容器，理想情况下可以捕捉真实或理论事物所有相关的当前和历史数据。数据是在制造过程中捕获的，而物联网技术用于进一步监测事物的状态，相应地更新其特定的数字孪生，即数字孪生实例。
虽然本身并非模拟，但是数字孪生数据可用于模拟。事物的瞬时特征（甚至是过去的特征）可以输入到模拟环境中，并通过虚拟的外部输入进行测试，以确定它将如何反应。工程师可以在实际制造任何东西之前设计、测试和改进他们的设计，这可能需要人工智能的帮助。
数字孪生、AR 和元宇宙
设计一旦投入现场，物联网反馈可用于获取关于其表现的统计数据。这些数据可能与来自其他孪生实例的数据相结合，根据现实世界的反馈进一步完善设计。这也有助于实现真正的预测性维护，即根据事物的实际状态执行维护，而不是按照设定的时间表。这可以避免执行不必要的维护，同时在很大程度上避免对机器故障的被动维护。
数字孪生数据的使用，可以通过元宇宙概念以及虚拟现实 (VR)、增强现实 (AR) 和扩展现实 (XR) 得到进一步增强。在设计阶段，想象一下在元宇宙的环境中，能够和同事一起走进一个场景，以便将一件事物或场景可视化并加以改进。虚拟事物一旦实际制造并投入使用，技术人员就可以使用一个 AR 头盔来叠加机器上正在运行的代码、温度数据、手册等等，同时在比喻意义或字面意义上，按照准确的规格来转动扳手。
数字孪生技术与未来工程教育
随着数字孪生、人工智能、AR 和元宇宙等概念的激增，人们可能会认为对工程师的需求将会减少，或者我们今天认为理所当然的基础物理、化学和数学教育可以放到一边。虽然这里描述的概念可以让技术人员能够承担的工作极大扩展，但工程师仍然需要了解数字孪生及其所代表的事物是如何表现的。这将允许他们应用适当的输入，并了解什么输出等于现实的结果。
即使您能够在一个协作的元宇宙环境中进行应用，并且由计算机执行我们大多数的日常计算（往往是在一个天文数字的规模），基本的工程知识仍然必不可少。
