数字孪生系统将物理实体与数字空间体紧密连接在一起,数字空间体是现实物理空间体的完整映射镜像。对于核心关键状态,实现物理实体与其对应的数字实体的实时同步与相互协同,从而完成系统的功能与目标。数字孪生系统既能发挥物理体的可确定性、功能延伸性以及与物理世界的交互性,又能充分利用数字体功能构造的灵活性、快速计算与存储能力等优势。具有智能化、稳定性、高可靠性等特性的数字孪生系统将成为未来的发展趋向,特别是在安全系统领域的广泛应用。然而现在开发这类系统的时候,是将物理实体部分与数字实体部分作为两个独立的部分进行开发的,不仅周期长,成本高,而且系统整合难度大。基于以上问题提出了以软硬件组件为核心的数字孪生系统建模研究,包括静态模型搭建、动态模型搭建以及通过一套开源的软硬件组件来构造一个数字孪生系统。首先对数字孪生系统进行了较为全面的研究工作,但是当前针对数字孪生系统高效设计的研究较为缺乏,所以选取了数字孪生系统中这一未解决的核心问题作为研究方向。提出了一套行之有效的快速搭建数字孪生系统的方法——基于软硬件组件的数字孪生系统建模方法,这种方法不仅可以大大地降低设计成本,同时还能提高系统的可靠性。在此基础上,本文还设计了一个数字孪生系统的决策支持算法,通过设计实验进行对比来论证该算法的高效性、可行性。本文的主要贡献有:（1）提出了一套智能搭建3D静态模型的方案,其中包括提出了一种多重交叉多边形的栅格化解决方案、启发式地对多边形进行内部染色的泛洪算法、单层切片铺设方法以及提出了新的算法来保证构造的3D静态模型的稳定性。（2）创新性地提出了软硬件组件协同设计的概念和方法。通过传统系统设计方法、软硬协同设计方法跟软硬件组件协同设计方法的对比与分析,论证了软硬件组件协同设计方法能极大地提高系统性能以及能够充分发挥ASIC硬件组件低价格高性能的特点。（3）用软硬件组件协同设计的方法来构建一个简单而完整的数字孪生系统——数字战场模拟系统,论证了用该方法来构建数字孪生系统的可行性和高效性。（4）提出了一个数字孪生系统的决策支持算法,并通过设计不同的实验进行对比来体现该算法的优势,最后从多个维度论证了该算法的高效性。