作為元宇宙技術體系的一員，數字孿生技術與擴展現實、區塊鏈、云計算等技術共同構成了一個虛擬時空間的集合。數字孿生的概念模型最早于2003年由美國密歇根大學Grieves教授在進行產品全生命周期管理(PLM)課程講授時提出。經過將近20年的迭代發展，數字孿生技術在不斷成熟的同時，逐漸展現出強大的軍事領域應用潛力。

數字孿生是什么

近年來，世界各地頻頻發生空難。試想，如果能為物理世界找到一個數字映射，在虛擬實體中及時察覺飛機的故障，甚至提前預測到非正常狀態，那么空難就有可能避免，而這個“為物理世界提供數字映射”的“東西”已經找到，它就是數字孿生。

數字孿生技術是指在物聯網實時與歷史反饋信息的支持下，通過物理信息建模創建物理世界等價虛擬體，并基于計算機手段對物理實體進行實時監控，動態仿真分析，達成對物理實體進行精確分析與決策的技術手段。數字孿生技術由多項技術支持，包括認知與控制輔助、建模支持、數據管理、數字孿生連接等技術。

數字孿生技術的原理并不復雜，和建筑行業做“模子”類似，建筑工地的“模子”是木板或其它制式材料，而數字孿生的“模子”是數字化。大數據、云計算、人工智能等技術的不斷發展及其集成應用，使得復制數字“鏡像”具有運行層面的實際意義。

數字孿生技術與虛擬現實技術存在較大區別。如果說虛擬現實技術構建的是一個完全虛擬的世界，那么數字孿生技術則構建的是一個虛擬的真實世界。雖然兩者都是虛擬，但是數字孿生與物理世界有著強交互性，具備雙向影響的能力。比如，數字孿生可通過數字世界對物理世界的事物下達指令、計算控制，也可以反向將物理世界的點滴變化實時映射到數字世界。

數字孿生技術的優點很多。一是使用便捷便于創新。數字孿生使用數字化手段把物理設備的屬性映射到虛擬空間，便于人們在孿生體上全面了解物理實體，也便于在虛擬環境中進行創新操作。二是測量快捷便于數據采集。傳統測量物理實體屬性、參數和運行狀態的方法成本高，可通過數字孿生體直接采集，提高測量效率。

三是便于分析預測風險。孿生體捕獲風險因素、操作場景等數據重建模型，分析預測維護故障，延長本體壽命。四是便于提升效率。依托孿生體模擬實驗，可以在不終止物理實體運行的情況下，探索相關改善方案。

應用意義

國防需求是顛覆性技術發展的重要推動力，各主要軍事強國紛紛抓住數字孿生技術在軍事領域的應用潛力，加大數字孿生技術軍事應用研發力度。那么，數字孿生技術融入國防建設會對軍事領域帶來什么變化呢？

推動戰爭形態智能化演進。未來戰場，數字孿生戰場平臺對指控中心提供可靠的戰場情報，武器裝備實體與遠程人腦、孿生智腦自主協同決策，無人化智能裝備常態化部署，人機“孿生共智”的智能化戰爭形態將會出現。智慧感知戰場態勢。

數字孿生技術助力各類偵察手段智能組網，全方位、多維度捕獲戰場態勢，保障指揮員實時精確決策；智謀籌劃作戰決策。數字孿生推動傳統系統輔助決策向人機增強決策演進；精算控制作戰行動。雙向映射關系實時反饋行動數據，彌補“人在回路”指控能力的不足。

促進戰場信息體系重構化升級。傳統戰場體系通常只能單一化保障作戰人員與武器裝備，而數字孿生戰場對現有信息體系重新調整和整合，做到多能一體、虛實一體、云邊一體，并逆向促進信息體系自身迭代升級。

利于武器裝備信息數字化建模。數字孿生技術是通過物理系統與虛擬空間的映射關系，形成虛實結合建模仿真應用的新模式，達到武器裝備數字化設計、監測與評估。數字孿生技術拓展了信息技術與人工智能技術融合背景下的建模仿真新方法，將數據、算法與模型有機地結合在一起。

將數字孿生技術應用到武器裝備領域，能夠實時掌握裝備體系的技術參數，通過建模與仿真的方法不斷提升科學決策水平，使裝備始終維持在最佳性能狀態。

潛力有多大

據報道，波音公司的波音777客機是由數字孿生的初期技術開發設計，研發過程涉及的300多萬個零部件，未使用任何圖紙模型，完全依靠數字仿真推演后量產，返工量減少50％，研發周期縮短40％。

數字孿生技術在社會領域得到廣泛應用，在軍事領域也受到高度關注。數字孿生技術擁有巨大的科技優勢、廣闊的應用前景、深厚的發展潛力，將在未來軍事領域大有用武之地。

實景教學。在傳統教學中，面對復雜的裝備系統，原理構造不直觀、裝備實操成本高、網絡教學體驗差的問題較為突出。將數字孿生技術引入教學領域，通過現實與虛擬場景雙向生態映射，構建實景展示模型，不僅可以向學員展示逼真的景況，還能夠通過數字孿生體強化對現實設備的虛擬操作，既節省教學成本又提升教學效果。比如，航空發動機專業教學就用到數字孿生技術，解決復雜系統構造原理難以在二維平面展示的難題。

沉浸訓練。傳統模擬器的開發不但需要軟硬件的支持，而且對于訓練場地還有較高的要求，開發難度和成本不亞于制造一套全新的裝備。基于數字孿生技術構設逼真的軍事訓練環境，推動虛實互動的沉浸式訓練，利于提升軍事訓練實戰化水平。

數字孿生技術解決了培訓設備費用昂貴、傳統實景系統沉浸感不強以及人機交互系統構建復雜且交互性不好的問題。例如，數字孿生技術已用于飛行模擬器上模擬復雜飛行環境及突發情況，訓練飛行員的應急應變能力。

輔助決策。觀察(Observe)、判斷(Orient)、決策(Decide)、行動(Act)構成的循環殺傷鏈周期(OODA環)是衡量戰場反應速度的一個重要指標，籌劃決策必須做到快速準確、優化高效、實時精準，才能滿足未來實戰需求。

數字孿生技術依據戰場環境及武器裝備的數據參數，將現實戰斗景況映射至虛擬戰場，實時呈現跨域戰場態勢、快速提供決策部署、協同調配武器裝備等作戰要素，有助于解決多系統控制要求高、多兵種協調性差、跨平臺規劃作戰難等問題。

研發裝備。武器裝備的緊急研制、快速生產和維護維修是打贏戰爭、奪取勝利的重要保證。數字孿生實體模型改變傳統“設計-樣品-測試-模具-再樣品”的研發模式，變為“數字模型-測試-修改-定型”的虛擬研發模式，研發過程時間短、成本低、效率高。此外，數字孿生技術依據前期算法訓練，實現自動預測武器裝備故障，對于解決復雜武器裝備故障問題具有獨特優勢。

審核編輯：劉清