数字孪生如何通过提供更长的生命周期和更高的效率来超越经典的系统建模方法。
术语“数字孪生”指的是在复杂硬件/软件系统开发中越来越重要的一种新原理。一般来说，它指的是真实系统的虚拟表示。该模型用于模拟零件的功能交互，通过避免不必要的重新设计周期节省时间和金钱，并使整个系统设计得到更好的优化。
虽然数字孪生概念在汽车开发领域仍然相对较新，但在工业自动化领域已使用多年。系统建模方法已经在汽车领域得到了广泛的应用，特别是在验证系统行为的目标方面，但数字孪生代表了一个重要的补充。
与传统系统模型相比，数字孪生模型通常具有更长的生命周期和更高的效率，因为它们可以在整个产品生命周期的多个点上重复使用。数字孪生作为虚拟原型的使用通常已经在产品开发的规划阶段开始，允许更有效地探索设计空间并支持架构决策。
在接下来的步骤中，数字孪生作为系统实现接口的通信工具。以可执行规范的形式，生成的模型可以与内部开发团队和外部承包商共享。它作为实现阶段的黄金标准参考，确保清晰的沟通并避免由于对规范的误解而导致的错误。在理想的情况下，同时提供检查是否符合规范值的测试，以确保从一开始就有一致的测试概念。
这些数字模型也可以发送给客户，以便集成到更大的系统景观中。由于抽象模型不包含实际实现的细节，因此IP仍然受到保护。例如，软件开发人员可以接收硬件的虚拟原型，这些原型要么仍在开发中，要么还不应该详细共享。这些熟悉的系统开发方法可以很容易地通过数字孪生实现。
最后，即使在开发阶段之后，数字孪生仍然有用。真实双胞胎在现场的操作数据可以在虚拟双胞胎上回放，以提高模型的质量，未来的产品开发工作将受益于更准确的现实表现。
上面描述的一些方法已经在汽车系统的开发中使用。由于车辆中有许多安全关键系统，因此许多约束性要求适用于汽车电子设备的开发过程。数字孪生可以帮助保证满足这些要求。例如，必须提前调查和评估系统对可能故障的响应。虚拟样机非常适合于注入和模拟故障。
集成电子系统商业开发环境的主要供应商正在集中研究虚拟原型的方法。这里特别值得注意的一个领域是芯片开发，其中提供了模拟器解决方案和高性能FPGA平台。然而，数字孪生方法在系统级别捕获了更多的关系。另一个重要方面是电子元件与多物理效应的相互作用，例如在机械元件或不断变化的热条件的情况下。
这样一个复杂的数字孪生必须能够整合起源非常不同的子模型。这需要一个强大的、开放的接口，比如FMI(功能性模型接口)提供的接口，它允许基于完全不同的数学原理、描述语言和抽象层次的模型集成。
未来的一个挑战在于将数字孪生从最初的功能重点扩展到包括非功能属性。例如，这可以优化整个系统在各种运行模式下的功耗，并为安全性和可靠性调查提供可能性。确保高度复杂的辅助系统和自动驾驶功能的安全性所需的测试公里数，将足以使具有数字孪生体的虚拟开发在未来不可或缺。
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