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在数字孪生理论研究和工程应用过程中，存在以下几个问题：如何判断是不是数字孪生，如何评判现有数字孪生能否满足应用需求，若不满足应用需求该如何优化提升？

为解决上述问题，《数字孪生工业软件白皮书（2023年第一版）》构建了一套数字孪生成熟度模型，将数字孪生成熟度分为以虚仿实（L0）、以虚映实（L1）、以虚控实（L2）、以虚预实（L3）、以虚优实（L4）、虚实共生（L5）六个等级。

以虚仿实（L0）：以虚仿实指利用数字孪生模型对物理实体描述和刻画，具有该能力的数字孪生处于其成熟度等级的第零等级（L0），满足此要求的实践和应用可归入广义数字孪生的概念范畴。在该等级，数字孪生模型从几何、物理、行为和规则某个或多个维度对物理实体单方面或多方面的属性和特征进行描述，从而能够在一定程度上代替物理实体进行仿真分析或实验验证，但数字孪生模型与物理实体之间无法通过直接的数据交换实现实时交互，主要依赖人的介入实现间接的虚实交互，包括对物理实体的控制和对数字孪生模型的控制与更新等。

以虚映实（L1）：以虚映实指利用数字孪生模型实时复现物理实体的实时状态和变化过程，具有该能力的数字孪生处于其成熟度等级的第一等级（L1）。在该等级，数字孪生模型由真实且具有时效性的物理实体相关数据驱动运行，同步直观呈现与物理实体相同的运行状态和过程，输出与物理实体运行相同的结果，从而在一定程度上突破时间、空间和环境约束对于物理实体监测过程的限制，但对于物理实体的操作和管控依旧依赖现场人员的直接介入，仍无法实现物理实体的远程可视化操控。

以虚控实（L2）：以虚控实指利用数字孪生模型间接控制物理实体的运行过程，具有该能力的数字孪生处于其成熟度等级的第二等级（L2）。在该等级，信息空间中的数字孪生模型已具有相对完整的运动和控制逻辑，能够接受输入指令，在信息空间中实现较为复杂的运行过程。同时，在以虚映实的基础上，增量建设由数字孪生模型到物理实体的数据传输通道，实现虚实实时双向闭环交互，从而赋予物理实体远程可视化操控的能力，进一步突破空间和环境约束对物理实体操控的限制，并大幅提高物理实体的管控效率。

以虚预实（L3）：以虚预实指利用数字孪生模型预测物理实体未来一段时间的运行过程和状态，具有该能力的数字孪生处于其成熟度等级的第三等级（L3）。在该等级，数字孪生模型能够基于与物理实体的实时双向闭环交互，动态反映物理实体当前的实际状态，并通过合理利用数字孪生模型所描述的显性机理和数字孪生数据所蕴含的隐性规律，实现对物理实体未来运行过程的在线预演和对运行结果的推测，从而在一定程度上将未知转化为预知，将突发和偶发问题转变为常规问题。

以虚优实（L4）：以虚优实指利用数字孪生模型对物理实体进行优化，具有该能力的数字孪生处于其成熟度等级的第四等级（L4）。在该等级，数字孪生不仅能够基于数字孪生模型实时反映物理实体的运行状态，结合数字孪生数据预测物理实体的未来发展，还能够在此基础上，利用策略、算法和前期积累沉淀的知识，实现具有时效性的智能决策和优化，并基于实时交互机制实现对物理实体的智能管控。

虚实共生（L5）：虚实共生作为数字孪生的理想目标，指物理实体和数字孪生模型在长时间的同步运行，甚至是在全生命周期中通过动态重构实现自主孪生，具有该能力的数字孪生处于其成熟度等级的第五等级（L5）。在该等级，物理实体和数字孪生模型能够基于双向交互实时感知和认知对方的更新内容，并基于两者间的差异，利用3D打印、机器人和人工智能等技术实现物理实体和数字孪生模型的自主构建或动态重构，使两者在长时间的运行过程中保持动态一致性，从而保证包括可视化、预测、决策和优化等诸多功能服务的有效性，实现低成本、高质量和可持续的数字孪生。