In recent years there has been increased demand for readiness and availability metrics across many industries and especially in national defense to enable data‐driven decision making at all levels of planning, maintenance, and operations, and in leveraging integrated models that inform stakeholders of current operational system health and performance metrics. The digital twin (DT) has been identified as a promising approach for deploying these models to fielded systems although several challenges exist in wide adoption and implementation. Two challenges examined in this article are that the nature of DT development is a system‐specific endeavor, and the development is usually an additional effort that begins after initial system fielding. A fundamental challenge with DT development, which sets it apart from traditional models, is the DT itself is treated as a separate system, and therefore the physical asset/DT construct becomes a system‐of‐systems problem. This article explores how objectives in DT development align with those of model‐based systems engineering (MBSE), and how the MBSE process can answer questions necessary to define the DT. The key benefits to the approach are leveraging work already being performed during system synthesis and DT development is pushed earlier in a system's lifecycle. This article contributes to the definition and development processes for DTs by proposing a DT development model and path, a method for scoping and defining requirements for a DT, and an approach to integrate DT and system development. An example case study of a Naval unmanned system is presented to illustrate the contributions.

中文翻译：

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通过基于模型的系统工程方法使数字双胞胎投入运营

近年来，在许多行业，尤其​​是在国防领域，对就绪性和可用性度量标准的需求不断增长，以使数据驱动的决策在规划，维护和运营的各个级别得以实现，并利用集成模型向利益相关者告知当前的运营情况。系统运行状况和性能指标。数字孪生（DT）被认为是将这些模型部署到现场系统的一种有前途的方法，尽管在广泛采用和实施中存在一些挑战。本文研究的两个挑战是DT开发的性质是系统特定的工作，而开发通常是在初始系统投入使用后开始的额外工作。DT开发的一项基本挑战，使其与传统模型脱颖而出，由于DT本身被视为一个单独的系统，因此实物资产/ DT构造成为系统间的问题。本文探讨了DT开发的目标如何与基于模型的系统工程（MBSE）的目标保持一致，以及MBSE流程如何回答定义DT的必要问题。该方法的主要好处是可以利用系统综合过程中已经进行的工作，并且在系统生命周期的更早时间内进行DT开发。本文通过提出DT开发模型和路径，界定和定义DT需求的方法以及将DT与系统开发集成的方法，为DT的定义和开发过程做出了贡献。提出了一个海军无人系统的案例研究，以说明这一贡献。因此，有形资产/ DT结构成为一个系统问题。本文探讨了DT开发的目标如何与基于模型的系统工程（MBSE）的目标保持一致，以及MBSE流程如何回答定义DT的必要问题。该方法的主要好处是可以利用系统综合过程中已经进行的工作，并且在系统生命周期的更早时间内进行DT开发。本文通过提出DT开发模型和路径，界定和定义DT需求的方法以及将DT与系统开发集成的方法，为DT的定义和开发过程做出了贡献。提出了一个海军无人系统的案例研究，以说明这一贡献。因此，有形资产/ DT结构成为一个系统问题。本文探讨了DT开发的目标如何与基于模型的系统工程（MBSE）的目标保持一致，以及MBSE流程如何回答定义DT的必要问题。该方法的主要好处是可以利用系统综合过程中已经进行的工作，并且在系统生命周期的更早时间内进行DT开发。本文通过提出DT开发模型和路径，界定和定义DT需求的方法以及将DT与系统开发集成的方法，为DT的定义和开发过程做出了贡献。给出了海军无人系统的案例研究，以说明其贡献。本文探讨了DT开发的目标如何与基于模型的系统工程（MBSE）的目标保持一致，以及MBSE流程如何回答定义DT的必要问题。该方法的主要好处是可以利用系统综合过程中已经进行的工作，并且在系统生命周期的更早时间内进行DT开发。本文通过提出DT开发模型和路径，界定和定义DT需求的方法以及将DT与系统开发集成的方法，为DT的定义和开发过程做出了贡献。给出了海军无人系统的案例研究，以说明其贡献。本文探讨了DT开发的目标如何与基于模型的系统工程（MBSE）的目标保持一致，以及MBSE流程如何回答定义DT的必要问题。该方法的主要好处是可以利用系统综合过程中已经进行的工作，并且在系统生命周期的更早时间内进行DT开发。本文通过提出DT开发模型和路径，界定和定义DT需求的方法以及将DT与系统开发集成的方法，为DT的定义和开发过程做出了贡献。给出了海军无人系统的案例研究，以说明其贡献。该方法的主要好处是可以利用系统综合过程中已经进行的工作，并且在系统生命周期的更早时间内进行DT开发。本文通过提出DT开发模型和路径，界定和定义DT需求的方法以及将DT与系统开发集成的方法，为DT的定义和开发过程做出了贡献。提出了一个海军无人系统的案例研究，以说明这一贡献。该方法的主要好处是可以利用系统综合过程中已经进行的工作，并且在系统生命周期的更早时间内进行DT开发。本文通过提出DT开发模型和路径，界定和定义DT需求的方法以及将DT与系统开发集成的方法，为DT的定义和开发过程做出了贡献。提出了一个海军无人系统的案例研究，以说明这一贡献。以及整合DT和系统开发的方法。提出了一个海军无人系统的案例研究，以说明这一贡献。以及整合DT和系统开发的方法。提出了一个海军无人系统的案例研究，以说明这一贡献。