我想很多業(yè)內(nèi)人士都聽說過數(shù)字孿生。在過去的幾年里，這個(gè)詞的熱度一直在上升，并經(jīng)常出現(xiàn)在許多論壇的演講主題中，引起了業(yè)內(nèi)外的關(guān)注。什么是數(shù)字孿生？數(shù)字孿生的概念是什么？數(shù)字孿生是誰(shuí)提出的？數(shù)字孿生會(huì)給我們的生活帶來什么樣的變化？

帶著這些問題，讓我們來看看文章。

什么是數(shù)字孿生？

數(shù)字孿生，英文名為DigitalTwin?(數(shù)字孿生)，又稱數(shù)字投影、數(shù)字鏡像。

數(shù)字孿生的概念是充分利用數(shù)據(jù)模型、傳感器更新、運(yùn)行歷史等數(shù)據(jù)，整合多學(xué)科、多物理量、多尺度、多概率的模擬過程，在虛擬空間中完成投影，反映相應(yīng)物理設(shè)備的整個(gè)生命周期過程。簡(jiǎn)單地說，數(shù)字孿生是在設(shè)備或系統(tǒng)的基礎(chǔ)上創(chuàng)建一個(gè)數(shù)字版本的“克隆體”。

這種“克隆體”，也被稱為“數(shù)字孿生體”。是建立在信息平臺(tái)的，是虛擬的。數(shù)字孿生的特點(diǎn)是：它是對(duì)實(shí)體對(duì)象（也稱為“自身”）的動(dòng)態(tài)模擬。也就是說，數(shù)字孿生會(huì)“動(dòng)”。

此外，數(shù)字孿生并不是隨意亂“動(dòng)”。它“動(dòng)”的基礎(chǔ)來自于自己的物理設(shè)計(jì)模型，以及它自身的傳感器反饋數(shù)據(jù)，以及自身運(yùn)行的歷史數(shù)據(jù)。自身的即時(shí)狀態(tài)，以及外部環(huán)境條件，都將復(fù)制到“雙生體”中。

如果需要改動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，或者想知道系統(tǒng)在特殊外部情況下的反應(yīng)，工程師可以在雙生體上進(jìn)行“實(shí)驗(yàn)”。這樣既避免了對(duì)自身的影響，又提高了效率，節(jié)約了成本。

除了“會(huì)動(dòng)”，要理解數(shù)字孿生，還要記住三個(gè)關(guān)鍵詞，即“全生命周期”、“即時(shí)/準(zhǔn)實(shí)時(shí)”、“雙向”。

數(shù)字孿生是來自工業(yè)界的概念。在工業(yè)制造領(lǐng)域，有一個(gè)詞叫“生命周期管理”（PLM）一定大家都聽說過。

整個(gè)生命周期是指數(shù)字孿生可以貫穿商品的整個(gè)周期，包括設(shè)計(jì)、開發(fā)、制造、服務(wù)、維護(hù)甚至報(bào)廢和回收。它不僅是為了促進(jìn)企業(yè)更好地生產(chǎn)產(chǎn)品，也是為了幫助用戶更好地使用商品。

即時(shí)/準(zhǔn)實(shí)時(shí)是指在自身和雙生體之間建立全面的即時(shí)或準(zhǔn)實(shí)時(shí)聯(lián)系。兩者并不完全獨(dú)立，映射關(guān)系也有一定的實(shí)時(shí)性。

雙向是指自身和雙生體之間的數(shù)據(jù)流可以是雙向的。不僅數(shù)據(jù)可以自己導(dǎo)出雙生體，雙生體也可以自己反饋信息。企業(yè)可以根據(jù)雙生體反饋的信息選擇進(jìn)一步的行動(dòng)和干預(yù)。

數(shù)字孿生的起源

2011年3月，美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室理論力學(xué)單位PamelaA.Kobryn和EricJ.Tuegel，做了一次演講，題目是“Condition-basedMaintenancePlusStructuralIntegrity(CBM+SI)&theAirframeDigitalTwin（基于狀態(tài)的維護(hù)+結(jié)構(gòu)完整性&戰(zhàn)斗機(jī)機(jī)體數(shù)字孿生）”，明確提到數(shù)字孿生的概念。

當(dāng)時(shí)，AFRL希望實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)斗機(jī)維護(hù)的數(shù)字化，而數(shù)字孿生是他們想出的創(chuàng)新方法。

當(dāng)美國(guó)空軍意識(shí)到數(shù)字孿生具有很強(qiáng)的實(shí)用意義時(shí)，另一家公司也對(duì)數(shù)字孿生產(chǎn)生了濃厚的興趣，這是美國(guó)通用電氣公司（GE）。

當(dāng)通用電氣公司為國(guó)防部提供F-35聯(lián)合攻擊機(jī)解決方案時(shí)，它發(fā)現(xiàn)了數(shù)字孿生的價(jià)值。當(dāng)時(shí)，通用電氣公司一直致力于研究工業(yè)數(shù)字化，以及如何構(gòu)建工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。顯然，數(shù)字孿生對(duì)工業(yè)4.0非常有用，可以說是魚得水。

后來，德國(guó)西門子（德國(guó)工業(yè)4.0代表企業(yè)）也擁抱了數(shù)字孿生，并將其視為珍寶。

2015年，中國(guó)也逐步跟進(jìn)。當(dāng)時(shí)，包括工業(yè)4.0研究所在內(nèi)的許多國(guó)內(nèi)研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)都啟動(dòng)了與數(shù)字孿生相關(guān)的研究課題。

此后，數(shù)字孿生的概念開始風(fēng)靡互聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)界，直到如今。

數(shù)字孿生的價(jià)值

這只建了一個(gè)數(shù)字孿生體。為什么說它會(huì)影響第四次工業(yè)革命的發(fā)展？它能給傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)帶來什么好處？讓我們通過這個(gè)案例來解釋一下。

工業(yè)制造數(shù)字孿生起源于工業(yè)制造領(lǐng)域。工業(yè)制造也是數(shù)字孿生的主要戰(zhàn)場(chǎng)。在產(chǎn)品研發(fā)過程中，數(shù)字孿生可以虛擬構(gòu)建商品數(shù)字模型，并進(jìn)行模擬測(cè)試和驗(yàn)證。在制造過程中，可以模擬設(shè)備的運(yùn)行和參數(shù)調(diào)整帶來的變化。

數(shù)字孿生可以有效地提高產(chǎn)品的可靠性和可用性，降低產(chǎn)品研發(fā)和制造的風(fēng)險(xiǎn)。在維護(hù)階段，數(shù)字孿生也可以發(fā)揮重要作用。正如前面所說，美國(guó)空軍提出數(shù)字孿生是為了幫助更好地維護(hù)戰(zhàn)斗機(jī)。

選擇數(shù)字孿生技術(shù)，通過對(duì)操作數(shù)據(jù)的持續(xù)采集和智能分析，可以預(yù)測(cè)維護(hù)工作的時(shí)間點(diǎn)，也可以為維護(hù)周期提供參考。數(shù)字孿生還可以為故障點(diǎn)和故障概率提供參考。

數(shù)字孿生給工業(yè)制造業(yè)帶來了非常明顯的效率提高和成本下降，促使絕大多數(shù)工業(yè)巨頭蜂擁而至。

以美國(guó)通用公司為例。他們聲稱為每個(gè)引擎、渦輪和磁共振創(chuàng)造了一個(gè)數(shù)字孿生（到2018年，通用電氣已經(jīng)有120萬(wàn)個(gè)數(shù)字孿生）。通過這些真正的數(shù)字模型，工程師可以在虛擬空間中進(jìn)行調(diào)整和實(shí)驗(yàn)，以達(dá)到設(shè)備運(yùn)行效果。

國(guó)內(nèi)很多工業(yè)科技公司也布局了數(shù)字孿生技術(shù)，包括根互聯(lián)、研華科技、軟通電等。

除了工業(yè)制造，智慧城市還有數(shù)字孿生和5G、智慧城市也有著非常密切的關(guān)系。

眾所周知，5G將開啟“萬(wàn)物互聯(lián)”的時(shí)代，將人類的連接技術(shù)推向新高度。

未來，在5G的支持下，云與端之間可以建立更緊密的聯(lián)系。這意味著更多的數(shù)據(jù)將被收集并集中在一起。

這些信息可以幫助建立一個(gè)更強(qiáng)大的數(shù)字孿生。例如，一個(gè)數(shù)字孿生城市。我們的城市充滿了各種各樣的傳感器和攝像頭。借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，包括5G，這些終端收集的數(shù)據(jù)可以更快地提取出來。

在數(shù)字孿生城市，通過傳感器、攝像頭、數(shù)字化子系統(tǒng)收集基礎(chǔ)設(shè)施（水、電、氣、交通等）的工作狀態(tài)，通過包括5G在內(nèi)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將市政資源（警察、醫(yī)療、消防等）的配制傳遞到云端。

基于這些信息和城市模型，城市管理者構(gòu)建數(shù)字孿生，從而更有效地管理城市。

與工業(yè)制造業(yè)的“生命周期”相比，城市的“生命周期”更長(zhǎng)，數(shù)字孿生的回報(bào)更大。當(dāng)然，城市數(shù)字孿生的部署也更加困難。

事實(shí)上，印度海德拉巴、新加坡、中國(guó)深圳和雄安都在探索和嘗試這方面。大量投資正涌向“智慧城市+數(shù)字孿生”的應(yīng)用領(lǐng)域。

阿里的“城市大腦”、“數(shù)字平行世界”、科大訊飛的和“訊飛超腦”都涉及到智慧城市與數(shù)字孿生的結(jié)合。

基礎(chǔ)設(shè)施工程基礎(chǔ)設(shè)施工程也是數(shù)字孿生的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域。特別是對(duì)于中國(guó)這個(gè)“基礎(chǔ)設(shè)施狂人”來說，引入數(shù)字孿生更為重要。

在高速公路、橋梁等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)前，完成工程數(shù)字建模，然后在虛擬數(shù)字空間模擬工程，評(píng)價(jià)工程結(jié)構(gòu)和承載力，進(jìn)口流量數(shù)據(jù)，評(píng)價(jià)工程投入使用后是否能滿足需求。

項(xiàng)目交付后，還可以在維護(hù)階段評(píng)估項(xiàng)目是否能承受特殊情況的壓力。并監(jiān)測(cè)可能發(fā)生的安全風(fēng)險(xiǎn)。

除上述領(lǐng)域外，包括醫(yī)療、物流、環(huán)保等多個(gè)場(chǎng)景都適合選擇數(shù)字孿生技術(shù)，應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。

一般來說，數(shù)字孿生是一項(xiàng)非常有潛力的技術(shù)，它將給企業(yè)帶來豐富的價(jià)值回報(bào)。正因?yàn)槿绱耍S多投資機(jī)構(gòu)利用這個(gè)機(jī)會(huì)流行數(shù)字孿生的概念，許多企業(yè)迫不及待地想要擁抱數(shù)字孿生。

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