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)字孿生是誰提出的？數(shù)字孿生會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、運行歷史等數(shù)據(jù)，整合多學科、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，反映相應物理設(shè)備的整個生命周期過程。簡單地說，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”。是建立在信息平臺的，是虛擬的。數(shù)字孿生的特點是：它是對實體對象（也稱為“自身”）的動態(tài)模擬。也就是說，數(shù)字孿生會“動”。

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

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

除了“會動”，要理解數(shù)字孿生，還要記住三個關(guān)鍵詞，即“全生命周期”、“即時/準實時”、“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，有一個詞叫“生命周期管理”（PLM）一定大家都聽說過。

整個生命周期是指數(shù)字孿生可以貫穿商品的整個周期，包括設(shè)計、開發(fā)、制造、服務、維護甚至報廢和回收。它不僅是為了促進企業(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/準實時是指在自身和雙生體之間建立全面的即時或準實時聯(lián)系。兩者并不完全獨立，映射關(guān)系也有一定的實時性。

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一步的行動和干預。

數(shù)字孿生的起源

2011年3月，美國空軍研究實驗室理論力學單位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+結(jié)構(gòu)完整性&戰(zhàn)斗機機體數(shù)字孿生）”，明確提到數(shù)字孿生的概念。

當時，AFRL希望實現(xiàn)戰(zhàn)斗機維護的數(shù)字化，而數(shù)字孿生是他們想出的創(chuàng)新方法。

當美國空軍意識到數(shù)字孿生具有很強的實用意義時，另一家公司也對數(shù)字孿生產(chǎn)生了濃厚的興趣，這是美國通用電氣公司（GE）。

當通用電氣公司為國防部提供F-35聯(lián)合攻擊機解決方案時，它發(fā)現(xiàn)了數(shù)字孿生的價值。當時，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)字孿生對工業(yè)4.0非常有用，可以說是魚得水。

后來，德國西門子（德國工業(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，中國也逐步跟進。當時，包括工業(yè)4.0研究所在內(nèi)的許多國內(nèi)研究機構(gòu)和企業(yè)都啟動了與數(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靡互聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)界，直到如今。

數(shù)字孿生的價值

這只建了一個數(shù)字孿生體。為什么說它會影響第四次工業(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。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，并進行模擬測試和驗證。在制造過程中，可以模擬設(shè)備的運行和參數(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)和制造的風險。在維護階段，數(shù)字孿生也可以發(fā)揮重要作用。正如前面所說，美國空軍提出數(shù)字孿生是為了幫助更好地維護戰(zhàn)斗機。

選擇數(shù)字孿生技術(shù)，通過對操作數(shù)據(jù)的持續(xù)采集和智能分析，可以預測維護工作的時間點，也可以為維護周期提供參考。數(shù)字孿生還可以為故障點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。

以美國通用公司為例。他們聲稱為每個引擎、渦輪和磁共振創(chuàng)造了一個數(shù)字孿生（到2018年，通用電氣已經(jīng)有120萬個數(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行調(diào)整和實驗，以達到設(shè)備運行效果。

國內(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“萬物互聯(lián)”的時代，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更強大的數(shù)字孿生。例如，一個數(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，數(shù)字孿生的回報更大。當然，城市數(shù)字孿生的部署也更加困難。

事實上，印度海德拉巴、新加坡、中國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)字孿生的一個重要應用領(lǐng)域。特別是對于中國這個“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，評價工程結(jié)構(gòu)和承載力，進口流量數(shù)據(jù)，評價工程投入使用后是否能滿足需求。

項目交付后，還可以在維護階段評估項目是否能承受特殊情況的壓力。并監(jiān)測可能發(fā)生的安全風險。

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

一般來說，數(shù)字孿生是一項非常有潛力的技術(shù)，它將給企業(yè)帶來豐富的價值回報。正因為如此，許多投資機構(gòu)利用這個機會流行數(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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