数字孪生概念的提出，最早可以追溯到美国国家航空航天局的阿波罗项目。该项目制造了两个相同的飞行器，地面的飞行器被称为“孪生体（twins）”，用来监控正在执行任务的飞行器的状况。2003年，Michael Grieves教授提出“与物理产品等价的虚拟数字化表达”的概念。2011年，美国空军实验室明确提出数字孪生的概念，其目的是用来帮助解决飞行器的保养维护问题。2015年，通用电气公司基于数字孪生体，实现了对发动机状况的实时监控和预测性维护。

随着物理模型数字化表达的进步及大数据、物联网和云计算等新一代信息技术的突破，数字孪生在理论和应用层面都取得了快速发展。

1）数字孪生技术在国内的现状

在国内的相关研究中，2018年，陶飞等分析了数字孪生在理论研究上的进展，论证了数字孪生的五维结构模型和数字孪生驱动的六条应用准则，在此基础上提出了数字孪生车间的概念，然后研究了数字孪生车间的结构组成、关键技术等，最后从数字孪生车间的四个维度出发，分析了物理车间异构元素融合和虚拟车间多维模型融合等关键问题。庄存波等人设计了产品数字孪生的体系架构，详细论证了产品数字孪生在设计、制造、服务和维护阶段的实现方法。戴胜等分析了数字孪生与信息物理系统的异同，进一步论证了数字孪生与数字产品定义的关系，指出了实现数字孪生的关键支持技术。郭东升等人以企业航天结构件制造车间为例，验证了数字孪生制造车间能有效提高生产效率。罗伟超建立了数控机床的多领域统一建模方法，讨论了物理空间与数字空间的映射策略及数字孪生的自治策略。

2）数字孪生技术在国外的现状(www.daowen.com)

在国外的相关研究中，2011年，E.J.Tuegel等利用数字孪生技术，建立飞机的高保真模型来整合结构和温度的变化对材料的影响，从而实现飞机寿命的预测。

2012年，E.Glaessgen使用数字孪生模式，建立超高保真仿真车辆监控管理系统，维护车辆历史数据，极大地提高了车辆监控的安全水平和可靠性。2015年，R.Rosen等论述了数字孪生对实现工业4.0提高工厂劳动效率的意义。2017年，B.Schleich等提出了一个数字孪生参考模型，解决了产品生命周期中数字孪生模型的表示和应用，提高了产品性能，缩短了产品上市时间。针对孪生系统中的数据来源，2017年，C.Lehmann介绍了多模态的数据采集方法，用于建立产品生命过程的数字孪生系统，使得数据采集时间和数字孪生系统的创建具有最小化的延时，确保孪生模型与真实模型的最大一致性。G.N.Schroeder提出对工业组件进行建模和模拟，证明提出的模型对于不同系统之间的数据交换是可行的。M.Schluse提出了实验数字孪生的模型并于真实设备联网测试，实现了较复杂的控制算法。A.Canedo提出使用数字孪生对物理设备进行全生命周期的控制，并基于数字孪生构建工业物联网。

数字孪生已经成为国内外热门的研究领域。国内研究者对数字孪生的概念、数字孪生车间理论模型的构建做了深入研究。但是，对单个设备的孪生模型的建立和数字孪生模型在设备的设计、使用和维护中的应用研究并不充分。国外研究者对于构建高保真的数字孪生模型，降低孪生模型与真实模型之间的延时做了深入研究。数字孪生的最终目标是真实设备与虚拟设备的“虚实融合”，目前的研究大多集中于由真实设备到孪生模型之间的映射，对于孪生模型反向控制真实设备的“以虚控实”的研究相对较少。