本文選擇Scopus數(shù)據(jù)庫進(jìn)行文獻(xiàn)的搜索與篩選，搜索方式利用Scopus的高級(jí)搜索功能，檢索式字符串為“TITLE-ABS-KEY({digitaltwin}OR{digital twins})”，即搜索摘要、論文標(biāo)題或關(guān)鍵字字段中有“digital twin”或“digital twins”的文獻(xiàn)。搜索結(jié)果顯示1973年和1993年各有一篇文獻(xiàn)，但這兩篇文章所提及的“digital twin”并非本文所指的數(shù)字孿生。此外，2004年和2005年分別有2篇和4篇論文發(fā)表，而2006~2009年無相關(guān)論文發(fā)表。根據(jù)搜索結(jié)果分布情況，本章選取2010~2019年近10年發(fā)表收錄的論文進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以闡明近些年數(shù)字孿生的國際研究情況。
1.1 發(fā)表論文時(shí)間分布統(tǒng)計(jì)分析
2010~2019年10年間發(fā)表的數(shù)字孿生論文累計(jì)1177篇，如圖1（a）所示（數(shù)據(jù)來源于Scopus數(shù)據(jù)庫，截止2019年12月31日）。圖1（b）（數(shù)據(jù)來源于Scopus數(shù)據(jù)庫，截止2019年12月31日）統(tǒng)計(jì)了該期間各類型文獻(xiàn)的年度發(fā)表情況，包括期刊論文、會(huì)議論文和其他類型文獻(xiàn)（如書的章節(jié)、社論、short survey等）。從發(fā)表的文獻(xiàn)數(shù)量分析，整體上呈增長趨勢(shì)。2010~2015年發(fā)表的數(shù)字孿生文獻(xiàn)較少，單年論文發(fā)表量少于10篇。2016~2019年數(shù)字孿生文獻(xiàn)發(fā)表數(shù)量進(jìn)入快速增長期，2016年發(fā)表24篇，2017年發(fā)表112篇，2018年發(fā)表321篇，2019年發(fā)表數(shù)量超過了600篇。其中2019年占了近10年發(fā)文總數(shù)量的50%以上。預(yù)計(jì)在未來幾年，數(shù)字孿生論文發(fā)表數(shù)量還將呈迅猛增長趨勢(shì)。
（a）2010-2019年數(shù)字孿生文獻(xiàn)數(shù)量累計(jì)圖
（b）2010-2019年數(shù)字孿生文獻(xiàn)數(shù)量年度圖
圖1 2010-2019年數(shù)字孿生論文發(fā)表數(shù)量時(shí)間分布統(tǒng)計(jì)情況
此外，根據(jù)發(fā)表文章的類型分布統(tǒng)計(jì)可知，當(dāng)前發(fā)表的論文主要以會(huì)議論文為主，但期刊論文近年呈明顯增長趨勢(shì)。期刊論文數(shù)量從2016年的5篇增長到2017年的40篇，到2018年的70篇，再到2019年的232篇，這種變化從側(cè)面表明了當(dāng)前對(duì)數(shù)字孿生的研究越來越深入，越來越系統(tǒng)。
1.2 發(fā)表論文國家分布統(tǒng)計(jì)分析
統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，當(dāng)前已有50多個(gè)國家開展了數(shù)字孿生研究并有相關(guān)研究成果發(fā)表。如表1所示（按國家發(fā)文量排序，數(shù)據(jù)來源于Scopus數(shù)據(jù)庫，截止2019年12月31日），其中研究成果主要來自美國、德國、英國、法國、意大利、加拿大、日本等G7發(fā)達(dá)國家，以及中國、俄羅斯、印度、巴西、南非等發(fā)展迅速的國家。這些國家具有較高的科技水平和一定的信息化基礎(chǔ)，能為數(shù)字孿生的研究、發(fā)展與應(yīng)用提供支撐環(huán)境。
表1 已開展數(shù)字孿生研究且在學(xué)術(shù)刊物上有論文發(fā)表的國家
表1中排名前10國家的數(shù)字孿生發(fā)文量如圖2所示（數(shù)據(jù)來源于Scopus數(shù)據(jù)庫，截止2019年12月31日）。近10年德國、美國和中國3個(gè)國家發(fā)表的數(shù)字孿生論文總數(shù)位列前三。其中：2010~2016年期間論文發(fā)表數(shù)量美國領(lǐng)先，2017~2019年德國后來居上，單年論文發(fā)表數(shù)量位居世界第一，2019年中國迎頭趕上，單年論文發(fā)表數(shù)量位居世界第二。相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，數(shù)字孿生的國際研究競爭十分激烈。此外，在統(tǒng)計(jì)的所有數(shù)字孿生文獻(xiàn)中，智能制造相關(guān)的文獻(xiàn)數(shù)量占50%以上，說明世界各國在智能制造領(lǐng)域的競爭十分激烈，都將數(shù)字孿生作為落地智能制造的重要技術(shù)手段。
圖2 在學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表數(shù)字孿生論文數(shù)排名前10的國家
1.3 論文出版物分布統(tǒng)計(jì)分析
從發(fā)表數(shù)字孿生文章的出版物來分析，出版數(shù)字孿生文章最多的10個(gè)刊物如表2所示（數(shù)據(jù)來源于Scopus數(shù)據(jù)庫，截止2019年12月31日）。國際生產(chǎn)工程學(xué)會(huì)（CIRP）是制造領(lǐng)域的國際重要學(xué)術(shù)組織，在制造學(xué)科享譽(yù)盛名，其下屬刊物《Procedia CIRP》發(fā)表的數(shù)字孿生文章最多，且內(nèi)容與智能制造密切相關(guān)，作者主要為國際作者。《計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)》是我國先進(jìn)制造領(lǐng)域的影響力非常大的中文期刊，為我國制造業(yè)信息化的研究發(fā)展起到重要推動(dòng)作用，該刊物發(fā)表的數(shù)字孿生文章目前排名第2?！禠ecture Notes inComputer Science》主要發(fā)表計(jì)算機(jī)領(lǐng)域相關(guān)的文章，當(dāng)前該刊物發(fā)表的數(shù)字孿生文章總量排名第3，內(nèi)容主要與人工智能、云計(jì)算等相關(guān)。發(fā)表數(shù)字孿生文章數(shù)量排名第4的刊物是《ProcediaManufacturing》，也是一個(gè)制造密切相關(guān)的刊物。由出版數(shù)字孿生論文的刊物分析可知，當(dāng)前數(shù)字孿生的研究與應(yīng)用主要集中在制造領(lǐng)域。
表2 2010~2019年出版數(shù)字孿生論文數(shù)排名前10的刊物
1.4 發(fā)表論文研究機(jī)構(gòu)和學(xué)者分布統(tǒng)計(jì)分析
統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，截止2019年12月31日，全球已有超過1000個(gè)高校、企業(yè)和科研院所開展了數(shù)字孿生研究且有相關(guān)研究成果在學(xué)術(shù)刊物公開發(fā)表。如圖3所示（數(shù)據(jù)來源于Scopus數(shù)據(jù)庫，截止2019年12月31日），其中高校523所，占52.1%，其中美國大學(xué)65所，德國大學(xué)50所，中國大學(xué)67所，包括德國亞琛工業(yè)大學(xué)、英國劍橋大學(xué)、美國斯坦福大學(xué)等世界一流高校正在開展數(shù)字孿生理論研究，且這一數(shù)量呈現(xiàn)逐年增長趨勢(shì)，足見學(xué)術(shù)界高度關(guān)注和重視數(shù)字孿生理論研究。
從在學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表論文角度分析，一般是高校學(xué)術(shù)界占主體，而企業(yè)發(fā)表學(xué)術(shù)論文的積極性和比例往往不高。但在數(shù)字孿生領(lǐng)域，近10年共有292所企業(yè)（占29.1%）開展數(shù)字孿生研究并在學(xué)術(shù)刊物上有學(xué)術(shù)成果公開發(fā)表，包括西門子、GE、空客、ABB等世界知名企業(yè)。如將在非學(xué)術(shù)刊物上有數(shù)字孿生相關(guān)成果（如網(wǎng)絡(luò)技術(shù)報(bào)告、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)博文等）發(fā)表的企業(yè)也統(tǒng)計(jì)上，相關(guān)數(shù)據(jù)將更大，占比也將更多。充分說明企業(yè)當(dāng)前也高度關(guān)注數(shù)字孿生技術(shù)，正在開展數(shù)字孿生應(yīng)用實(shí)踐，表明數(shù)字孿生具有很強(qiáng)的工程化應(yīng)用價(jià)值和潛力。
此外，還有189家研究所，包括美國空軍、NASA，德國航空航天中心、德國弗勞霍夫研究院等各國重要軍事和科研機(jī)構(gòu)也高度關(guān)注數(shù)字孿生研究，且在學(xué)術(shù)刊物上有研究成果發(fā)表。
圖3 在學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表數(shù)字孿生論文的單位統(tǒng)計(jì)分析情況
在學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表論文的數(shù)量在一定程度上能反映一個(gè)機(jī)構(gòu)在相應(yīng)領(lǐng)域的研究實(shí)力和影響力。圖4（數(shù)據(jù)來源于Scopus數(shù)據(jù)庫，截止2019年12月31日）為在學(xué)術(shù)刊物上近10年發(fā)表數(shù)字孿生研究成果前20的研究機(jī)構(gòu)分布情況。論文數(shù)量高于10篇的高校包括德國亞琛工業(yè)大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、瑞典查爾姆斯理工大學(xué)、俄羅斯圣彼得堡彼得大帝理工大學(xué)、德國斯圖加特大學(xué)以及意大利米蘭理工大學(xué)，研究機(jī)構(gòu)有美國賴特-帕特森空軍基地，企業(yè)有西門子。研究學(xué)者與研究機(jī)構(gòu)往往是密不可分的，據(jù)統(tǒng)計(jì)當(dāng)前全球已有上千名專家或?qū)W者參與了數(shù)字孿生研究且有相關(guān)成果在學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表。
圖4 在學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表數(shù)字孿生論文數(shù)排名前20的單位
1.5 發(fā)表論文高頻關(guān)鍵詞分布統(tǒng)計(jì)分析
論文關(guān)鍵詞能夠反映研究的關(guān)注點(diǎn)，高頻關(guān)鍵詞能夠體現(xiàn)一個(gè)領(lǐng)域的熱門研究話題，因此本文統(tǒng)計(jì)了2017~2019數(shù)字孿生文章高頻關(guān)鍵詞，如表3所示（數(shù)據(jù)來源于Scopus數(shù)據(jù)庫，截止2019年12月31日）。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，當(dāng)前全球?qū)?shù)字孿生的研究集中在制造領(lǐng)域，近三年關(guān)鍵詞“制造（Manufacture）”出現(xiàn)頻次增長迅速，2017年出現(xiàn)26次，2018年出現(xiàn)46次，2019年增至93次。此外，高頻關(guān)鍵詞還揭露出數(shù)字孿生與新一代信息技術(shù)（New IT）聯(lián)系緊密，近三年高頻關(guān)鍵詞覆蓋“大數(shù)據(jù)”“物聯(lián)網(wǎng)”“人工智能”“虛擬現(xiàn)實(shí)”“增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)”等New IT概念，可預(yù)測數(shù)字孿生未來將進(jìn)一步與New IT深度集成和融合，并促進(jìn)相關(guān)領(lǐng)域發(fā)展。
表3 2017~2019年發(fā)表的數(shù)字孿生論文中的高頻關(guān)鍵詞統(tǒng)計(jì)分析
