“数字分身（digital twin）”是制造业经常听到的关键字，它是将现实世界中的“物品”，忠实重现于数字世界中。
数字分身的对象，经常可以反映实体物品运行时的变化和状况，呈现个别物品的状况。从设计到制造、实际运行时的服务，甚至产品废弃管控等各阶段，整个产品的生命周期都可以运用此技术。
编按：继2018年的《推动世界的100种新技术》，日本权威媒体日经BP社指出，“连接”是未来最重要的趋势，不同科技间互相融合，国际间的政治经济文化也逐渐相互串联，在《连接世界的100种新技术》一书中指出“跨界合作”就能掌握胜利的先机，跨领域科技将改变人类的未来。
当我们听到“将现实世界里的物品重现于数字世界”时，通常都会想到以3D－CAD（计算机辅助设计）软件制作的数字模型（Digital MockUp），不过DMU的用途只是实体模型（MockUp）的替代品，用来协助人员在设计阶段讨论细节的工具罢了。
2011年在美国太空总局（NASA）发布的论文中，首次出现“数字分身（digital twin）”这个词汇。
数字分身的未来发展年表。日经xTECH（旗标出版）关于数字分身的提案，是由NASA制作太空探测机和美国空军飞机的数字虚拟分身，并将飞行记录的数据随时反映至虚拟对象上，以掌握机体的毁损状况，并且还可以仿真、寻找适当的维修方法，以延长机体寿命，让操作时间达到最久。
若能即时正确掌握各机体的状况，即可将为确保结构体强度等安全性而设计的“冗余”降至最低的必要状态，有助于减轻机体的重量和强化载重能力。（编注：工程学中的“冗余redundancy”是指为了提升系统可靠度、确保结构强度等安全性考量，刻意在机上配置多余的、重复的零件或功能。）
2011年，当“数字分身”一词第一次出现在NASA论文中时，IoT和AI技术的应用不如现在发达，但时至去年，情况已经大不相同。
由于IoT的普及，将能搜集更多现实世界的数据以反映在数字分身上，而AI则在深度学习的加持下，逐渐提升预测的准确度。现在的数字分身可通过云计算服务，更方便地使用高性能的计算机功能。
NASA构想的数字分身之原型。（旗标出版提供）由《日经制造》杂志基于NASA的数据制作数字分身的实际应用三阶段
在数字分身的应用实例中，备受瞩目的是美国通用（General Electric，GE）公司，他们有飞机喷射引擎、风力发电用涡轮等定制化接单生产之产业用设备，并将数字分身技术应用于这些设备的故障预兆诊断。
就风力发电涡轮来说，由于会被设置场所的地形影响，因此各涡轮的零件耗损度皆不同。GE就拍下每一片涡轮风扇叶片的表面状态，将温度、旋转频率套用在图片上，分析叶片的损坏程度，便能在故障前采取适当的措施，以提升产能利用率。前面提到数字分身就是导入实际作业数据，在数字的虚拟世界中重现现实世界的物品，这就是个很好的范例。
风力发电涡轮（左）与其数字分身（右）。通用公司（旗标出版提供）在工厂的生生产线上，也开始运用数字分身技术了。GE Healthcare Japan的日野工厂，在医疗用超音波诊断仪器的探头生生产线上运用数字分身，搜集各种数据，并进行统一管理和监视。借此掌握生产设备的毁损状况，在故障前就能判断更换零件的时机。他们是使用GE的IoT平台“Predix”和其App，来搜集、分析产业用机器和生生产线上的数据。
以下让我们来整理要导入数字分身所需要的技术。成功运用数字分身的过程，大致上可分为三个阶段，每个阶段都有其必要的技术。
第一个阶段是搜集现实世界中的信息，将之反映于数字分身上。在此过程中，会运用到传感器和搜集传感器数据的IoT技术。
第二个阶段就是在数字虚拟世界中，分析数字分身。在此阶段中，较重要的是数值仿真（Numerical Simulation）、大数据分析及AI等技术。
第三个阶段是将数字分身应用于现实世界，作为机器、生产设备的各种参数，以及安排维修计划的根据。为了以令人易懂的方式呈现分析结果，则会运用到AR（增强现实）和MR（混合实境）技术。
零件本身就是传感器
在前文所叙述的第一个阶段，有种技术可以支持，那就是通过特殊技术，直接把零件本身变成传感器。其中一个案例，就是德国“舍弗勒（Schaeffler）”公司所研发的“Sensotect涂料系统”（Sensotect Coating Systems）。
舍弗勒公司是在轴承和轴承架等零件的表面刻蚀线路图面，然后导入电流。由于通过线路的回路电阻值，会依零件的变形量改变，因此可测量施加于零件上的力量或扭矩（torque）等。他们在零件表面添加特殊合金涂层，等磨掉涂层后，就会留下所需的线路图面。
利用Sensotect涂料系统，增加传感器功能的轴承（左）和轴承架（右）。舍弗勒（旗标出版提供）直接把零件变成传感器的技术会受到瞩目，是因为可以省去另外安装传感器来搜集数据的工程。一般来说，如果在第一阶段无法从既有的传感器取得所需的物理量，就必须加装传感器，或从既有的传感器搜集到的物理量，去推算出所需的物理量。
安装传感器会受到空间限制，因此必须追求小型化、轻量化，也必须具备电源和通信功能，此例将零件直接变成传感器，可说是更方便的选择。
不用传感器也能掌握轮胎状态：轮胎感应技术
“住友橡胶工业”研发的传感技术“SENSING CORE”，就是前述“从既有传感器搜集到的物理量去推算其他物理量”的实例。借由取得、分析轮胎的转动信号，可以侦测轮胎的空气压、负荷量、耗损度及路面状况。不必另外安装传感器。
在侦测路面状况时，是利用滑移率（slip ratio）。轮胎即使在刹车状态（非动摩擦状态），也会因为弹性变形而产生微小的滑动，加速时，驱动轮和非驱动轮的轮胎，其转动速度（转动圈数乘以轮胎的圆周所得到的值）会出现差异。
“SENSING CORE”会将非驱动轮的转动速度当作车辆速度，将驱动轮转动速度与车辆速度的差，除以车辆速度后，算出滑移率。
虽然厂商研发SENSING CORE技术，是看准未来的自驾时代，希望提升轮胎附加价值，而非促进数字分身技术的发展；但在过程中他们活用了汽车的数字分身技术，即可不通过传感器而取得轮胎的数据。
数字分身技术适用的PLM软件
美国软件服务公司“PTC”（纳斯达克股票代码：PTC）、法国3D软件服务公司“达梭系统（Dassault Systèmes）”，皆是目前世界上主要的几家PLM（Product Lifecycle Management，产品生命周期管理）软件大厂，现在都在扩展其软件功能，目标是全面适用于数字分身的三个阶段。
所谓的PLM产品生命周期管理软件，是指一套系统，可以管理产品制造过程中所需的CAD数据等产品设计信息以及BOM（Bill of Material：物料清单），供设计师等相关人员使用，可通过软件对这类信息进行编辑或加工。
PTC公司已经在2013年的12月收购了研发IoT平台的“ThingWorx”公司。使用ThingWorx这套IOT平台，可即时取得营造机械和作业机械的运行信息，并开发出可分析这些信息的应用程序。PTC公司会将从ThingWorx取得的零件信息，结合PLM软件的3D数据来运用。
至于达梭系统公司，则使用MES（Manufacturing Execution System，制造执行系统），可同时监视、管理PLM软件和生生产线，并可以依据PLM数据的仿真结果，视状况弹性变更作业内容，以支持生生产线的数字分身技术运用。
当通信技术进步到克服所有信息传输的速率延迟问题（例如5G），那数字分身与实际物体同步的“虚拟即现实”就不远了。目前数字分身技术仍处于发展阶段。从现实世界取得数据、将数据反应在数字分身上，仍然会发生一定的时滞（time lag），因此应该视需求决定应该创建何者的数字分身。
以汽车为例，其零件总数多达数万个，因此最重要的工作，并非创建“车辆”的数字分身来反映所有零件状况，而是应该先制作“轮胎”等高消耗度且与安全性有直接关联的零件之数字分身，以便应用于维修上。
尽管如此，IoT、AI及仿真技术等领域，未来还会持续出现更新的技术，因此数字分身的技术也会越来越精进，达到“充分掌握现实世界分身的相关信息，忠实重现其状况”的理想状态。