元宇宙的本質(zhì)就是數(shù)字化的延伸，或者說(shuō)是下一代的互聯(lián)網(wǎng)形態(tài)。
如果說(shuō)元宇宙終極形態(tài)是100分，現(xiàn)在科技水平能做到1分。
所以目前元宇宙有兩部分組成——傻子和騙子。
最接近元宇宙并已經(jīng)落地的技術(shù)我能想到的只有數(shù)字孿生。
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數(shù)字孿生（Digital Twin）是基于歷史數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以數(shù)字化的形式創(chuàng)建物理實(shí)體的虛擬實(shí)體。隨著3D可視化、大數(shù)據(jù)、傳感器、人工智能等技術(shù)的更新迭代，數(shù)字孿生在數(shù)據(jù)中心、智慧制造、智慧城市、醫(yī)療健康和國(guó)防工業(yè)等領(lǐng)域不斷深化發(fā)展。
說(shuō)到數(shù)字孿生的創(chuàng)始人，可能大家會(huì)不約而同的想到一個(gè)人——密西根大學(xué)Michael Grieves教授。
2002年Michael Grieves在為PLM（產(chǎn)品生命周期管理）中心成立而向工業(yè)界發(fā)表演講而制作的幻燈片中，首次提出了PLM概念模型，模型中出現(xiàn)了現(xiàn)實(shí)空間、虛擬空間，從現(xiàn)實(shí)空間到虛擬空間的數(shù)據(jù)流，從虛擬空間到現(xiàn)實(shí)空間的信息流，以及虛擬子空間的表述，按后來(lái)Michael Grieves自己的說(shuō)法，這已經(jīng)具備了數(shù)字孿生所有的要素，如下圖所示。
2003年Michael Grieves在講授PLM課程時(shí)初次使用了“Digital Twin（數(shù)字孿生）”； 這個(gè)概念也被稱(chēng)為“與物理產(chǎn)品等價(jià)的虛擬數(shù)字化表達(dá)”，但是在當(dāng)時(shí)并沒(méi)有得到行業(yè)內(nèi)的積極響應(yīng)?；蛟SMichael Grieves教授也沒(méi)想到，十多年后，數(shù)字孿生會(huì)受到各界人士的廣泛追捧。
2012年NASA給出了數(shù)字孿生的概念描述：數(shù)字孿生是指充分利用物理模型、傳感器、運(yùn)行歷史等數(shù)據(jù)，集成多學(xué)科、多尺度的仿真過(guò)程，它作為虛擬空間中對(duì)實(shí)體產(chǎn)品的鏡像，反映了相對(duì)應(yīng)物理實(shí)體產(chǎn)品的全生命周期過(guò)程
2014年Michael Grieves撰寫(xiě)了Digital Twin: Manufacturing Excellence through Virtual Factory Replication（數(shù)字孿生：通過(guò)虛擬工廠(chǎng)復(fù)制實(shí)現(xiàn)卓越制造）,至此，數(shù)字孿生概念被正式提出。
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數(shù)字孿生是指在信息空間構(gòu)建一個(gè)可以映射表征物理設(shè)備的虛擬系統(tǒng)，它們之間的聯(lián)系并不是單向和靜態(tài)的，而是在整個(gè)產(chǎn)品的生命周期中都聯(lián)系在一起。
數(shù)字孿生概念提出以后，很快被應(yīng)用于美國(guó)國(guó)防部的航空航天飛行器維護(hù)與保障工作中。隨著科技的快速發(fā)展以及各種人工智能需求的提升，數(shù)字孿生技術(shù)也逐漸被原來(lái)越多的人所研究和使用，德國(guó)的西門(mén)子、法國(guó)的達(dá)索、美國(guó)的PTC等知名工業(yè)軟件公司都在其對(duì)外宣傳中引用了“Digital Twin”的話(huà)術(shù)，而且也在概念、內(nèi)涵、構(gòu)建、技術(shù)等方面做了很多深入的研究和擴(kuò)展。到目前為止，數(shù)字孿生尚無(wú)業(yè)界公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)定義，其概念以及相關(guān)技術(shù)也還在發(fā)展和演變中，以下羅列了當(dāng)前從不同角度、不同方向?qū)?shù)字孿生概念的定義：
（1）官方定義
數(shù)字孿生，是充分利用物理模型、傳感器更新、運(yùn)行歷史等數(shù)據(jù)，集成多學(xué)科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過(guò)程，在虛擬空間中完成映射，從而反映相對(duì)應(yīng)的實(shí)體裝備的全生命周期過(guò)程。數(shù)字孿生是一種超越現(xiàn)實(shí)的概念，可以被視為一個(gè)或多個(gè)重要的、彼此依賴(lài)的裝備系統(tǒng)的數(shù)字映射系統(tǒng)。
（2）標(biāo)準(zhǔn)化組織中的定義
數(shù)字孿生，是具有數(shù)據(jù)連接的特定物理實(shí)體或過(guò)程的數(shù)字化表達(dá)，該數(shù)據(jù)連接可以保證物理狀態(tài)和虛擬狀態(tài)之間的同速率收斂，并提供物理實(shí)體或流程過(guò)程的整個(gè)生命周期的集成視圖，有助于優(yōu)化整體性能。
（3）學(xué)術(shù)界的定義
數(shù)字孿生，是以數(shù)字化方式創(chuàng)建物理實(shí)體的虛擬實(shí)體，借助歷史數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以及算法模型等，模擬、驗(yàn)證、預(yù)測(cè)、控制物理實(shí)體全生命周期過(guò)程的技術(shù)手段。
（4）企業(yè)的定義
數(shù)字孿生，是資產(chǎn)和流程的軟件標(biāo)識(shí)，用于理解、預(yù)測(cè)和優(yōu)化績(jī)效以實(shí)現(xiàn)企業(yè)業(yè)務(wù)成果的改善。
通過(guò)對(duì)數(shù)字孿生的多角度定義可以發(fā)現(xiàn)，數(shù)字孿生的幾個(gè)關(guān)鍵詞“數(shù)據(jù)”、“實(shí)時(shí)”、“傳輸”、“模擬”、“生命周期”、“雙向”。通俗來(lái)講，數(shù)字孿生就是創(chuàng)建一個(gè)空間實(shí)體的數(shù)字版“克隆體”，也可以稱(chēng)為“數(shù)字孿生體”，它最大的特點(diǎn)就是能接收實(shí)體對(duì)象的歷史和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，也可以通過(guò)一定得計(jì)算、模擬、分析反向控制實(shí)體對(duì)象的動(dòng)作。也就是說(shuō)，這個(gè)“數(shù)字孿生體”是“聰明的”并且會(huì)“動(dòng)”的。
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物理實(shí)體與數(shù)字孿生體的關(guān)系主要有以下幾點(diǎn)：
（1）映射關(guān)系
物理實(shí)體與數(shù)字孿生體從映射關(guān)系上看，一實(shí)一虛，二者相互對(duì)應(yīng)。
（2）誕生順序
物理實(shí)體與數(shù)字孿生體從誕生順序上看，先有物理實(shí)體，再有數(shù)字孿生體。物理實(shí)體是數(shù)字孿生的基礎(chǔ)，是其基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的來(lái)源，而數(shù)字孿生體又是對(duì)物理實(shí)體的進(jìn)一步展現(xiàn)、放大、與控制。二者的融合正在促進(jìn)現(xiàn)代新工業(yè)的發(fā)展。
（3）重要性
物理實(shí)體與數(shù)字孿生體從重要性上來(lái)看，沒(méi)有物理實(shí)體就無(wú)法完成實(shí)體工業(yè)的必須過(guò)程，無(wú)法生產(chǎn)出國(guó)計(jì)民生所需要的物質(zhì)基礎(chǔ)；沒(méi)有數(shù)字孿生體，就無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)體工業(yè)的智能推演、控制，阻礙了新工業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。所以，要想更好的推進(jìn)社會(huì)的發(fā)展，必須堅(jiān)持虛實(shí)結(jié)合的方針，二者缺一不可。
（4）創(chuàng)新性
物理實(shí)體與數(shù)字孿生體從創(chuàng)新性上來(lái)看，二者的結(jié)合讓在產(chǎn)品研發(fā)、調(diào)試、生產(chǎn)等環(huán)節(jié)有了更多的選擇性，節(jié)約了更多的成本投入，也為更多新技術(shù)、新模式、新工業(yè)的產(chǎn)生提供了可能性。
從數(shù)字孿生的定義可以看出，數(shù)字孿生具有互操作性、可擴(kuò)展性、實(shí)時(shí)性、保真性、閉環(huán)性幾個(gè)特點(diǎn)。
（1）互操作性
物理實(shí)體與數(shù)字孿生體之間可以雙向映射、動(dòng)態(tài)交互并且實(shí)時(shí)連接，數(shù)字孿生可以將處理后的多類(lèi)型數(shù)字模型映射、反饋給物理實(shí)體，具有數(shù)字模型轉(zhuǎn)換、控制的能力。
（2）可擴(kuò)展性
數(shù)字孿生可集成、添加或替換數(shù)字模型，能隨時(shí)添加若干拓展結(jié)構(gòu)，包括且不限于多尺度、多物理、多層級(jí)的模型內(nèi)容。
（3）實(shí)時(shí)性
數(shù)字孿生離不開(kāi)數(shù)據(jù)，并且必須要以數(shù)字化的方式來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，以便計(jì)算機(jī)可識(shí)別、處理。
我們知道物理實(shí)體不管是否可見(jiàn)都是客觀存在的，而數(shù)字孿生體最基本的就是要對(duì)物理實(shí)體進(jìn)行表征，要表征什么東西呢？一個(gè)就是外觀，一個(gè)是狀態(tài)，一個(gè)是內(nèi)在機(jī)理，這些表征數(shù)據(jù)必須是實(shí)時(shí)的才能保證二者的虛實(shí)映射關(guān)系。
（4）保真性
數(shù)字孿生的保真性指描述數(shù)字虛體模型和物理實(shí)體的接近性。要求虛體和實(shí)體不僅要保持幾何結(jié)構(gòu)的高度仿真，在狀態(tài)、相態(tài)和時(shí)態(tài)上也要仿真。值得一提的是在不同的數(shù)字孿生場(chǎng)景下，同一數(shù)字虛體的仿真程度可能不同。例如某些場(chǎng)景中可能只要求描述虛體的物理性質(zhì)，并不需要關(guān)注化學(xué)結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。
（5）閉環(huán)性
當(dāng)數(shù)字孿生體擁有了物理實(shí)體的實(shí)時(shí)狀態(tài)，我們就可以描述和分析物理實(shí)體的內(nèi)在機(jī)理，否則，我們只是建立了物理實(shí)體的可視化模型，雖然也是實(shí)時(shí)的、變化的，但是它只是展現(xiàn)了物理實(shí)體的外部表征，對(duì)于其內(nèi)部機(jī)理并無(wú)實(shí)質(zhì)性研究，我們不能講數(shù)字孿生得虛實(shí)映射僅停留在表層映射層次，更要研究其內(nèi)部機(jī)理的映射。
這種內(nèi)部機(jī)理的映射，其實(shí)就是賦予數(shù)字孿生體一個(gè)強(qiáng)大的“大腦”，由大腦通過(guò)對(duì)物理實(shí)體數(shù)據(jù)的監(jiān)視、分析、推理、優(yōu)化、運(yùn)行實(shí)現(xiàn)決策，進(jìn)而控制物理實(shí)體。因此數(shù)字孿生具有閉環(huán)性。
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隨時(shí)技術(shù)的進(jìn)步，數(shù)字孿生不斷的深化發(fā)展，已經(jīng)演化為一個(gè)新的產(chǎn)業(yè)。
雖然數(shù)字孿生是近20年提出的概念，但是實(shí)際應(yīng)用的很早。
泛的講，數(shù)字孿生早在幾千年前就已經(jīng)出現(xiàn)并且被人類(lèi)運(yùn)用到了軍事戰(zhàn)斗中，例如古代行軍打仗必備的指揮作戰(zhàn)工具——沙盤(pán)。
兵圣孫子曰：“夫地形者，兵之助也?！?/p>
自古以來(lái)，軍事家總是希望能居高臨下，縱覽整個(gè)戰(zhàn)區(qū)或戰(zhàn)場(chǎng)的地形特征及變化態(tài)勢(shì)，贏得戰(zhàn)爭(zhēng)的勝利，這也是最早的孿生體“沙盤(pán)”誕生的主要原因。
沙盤(pán)在我國(guó)的歷史可以追溯到東漢時(shí)期，公元32年，漢光武帝征討隴西的隗囂時(shí)名將馬援利用米首次創(chuàng)造出了立體沙盤(pán)（在當(dāng)時(shí)也許稱(chēng)之為 “米盤(pán)”更為貼切），聚米為山谷，指畫(huà)形勢(shì)，以直觀展示隴地道徑、險(xiǎn)要，從而明確漢軍的最佳進(jìn)軍路線(xiàn)，這也讓漢軍輕松穿越數(shù)處關(guān)隘，在巍巍隴山之中如履平地，仿佛就在自己家門(mén)口作戰(zhàn)一般。打得隗軍優(yōu)勢(shì)盡喪，苦不堪言。
由此可見(jiàn)，在古代人們已經(jīng)知道可以構(gòu)建實(shí)體事物的孿生體來(lái)促進(jìn)和幫助實(shí)體事物更好的達(dá)到預(yù)期效果。但是當(dāng)時(shí)，受認(rèn)知以及技術(shù)的所迫，人們對(duì)于孿生的認(rèn)識(shí)還僅僅局限于模型層次，無(wú)法做到現(xiàn)實(shí)實(shí)體與虛擬孿生體間的數(shù)據(jù)互通。
隨著科技的發(fā)展，數(shù)字孿生體又被應(yīng)用在航天計(jì)劃中，
雖然從文獻(xiàn)資料上看，直到2010年NASA（美國(guó)國(guó)家航空航天局）才首次在其太空技術(shù)路線(xiàn)圖中引入了數(shù)字孿生的相關(guān)表述，但事實(shí)上早在上世界60年代NASA就有了“孿生”的概念，只不過(guò)當(dāng)時(shí)的兩個(gè)物體都是真實(shí)的物理實(shí)體飛行器。
1961年到1972期間美國(guó)組織實(shí)施了一系列載人登月飛行任務(wù)，命名為Apollo program （阿波羅計(jì)劃），目的是實(shí)現(xiàn)載人登月飛行和人對(duì)月球的實(shí)地考察，為載人行星飛行和探測(cè)進(jìn)行技術(shù)準(zhǔn)備，它是世界航天史上具有劃時(shí)代意義的一項(xiàng)成就。
在阿波羅工程中，NASA建設(shè)了一套完整的、高水準(zhǔn)的地面半物理仿真系統(tǒng)，即構(gòu)建了兩個(gè)相同的航天飛行器，一個(gè)發(fā)射到太空?qǐng)?zhí)行任務(wù)，另一個(gè)留在地球?qū)崟r(shí)實(shí)時(shí)反饋太空中飛行器的工作狀態(tài)，被留在地球上的飛行器被稱(chēng)為孿生體（twin），被用來(lái)實(shí)時(shí)反饋正在太空?qǐng)?zhí)行任務(wù)的飛行器的狀態(tài)和狀況。在阿波羅工程的飛行準(zhǔn)備期間，被稱(chēng)為孿生體的空間飛行器被廣泛應(yīng)用于訓(xùn)練；在任務(wù)執(zhí)行期間，被稱(chēng)為孿生體的空間飛行器在地面精確的反饋和預(yù)測(cè)正在執(zhí)行任務(wù)的太空飛行器的狀態(tài)，進(jìn)而輔助工程師分析處理各種緊急事件，讓航天員在緊急情況下做出最正確的決策。
1970年4月，在阿波羅13號(hào)（Apollo 13）發(fā)射運(yùn)行兩天后，其服務(wù)艙的氧氣罐發(fā)生爆炸，要知道飛船上的央企供應(yīng)并非僅僅是供應(yīng)呼吸，還用于與氫氣混合以產(chǎn)生電力與水，這次爆炸，讓Apollo 13突然之間失去了供電和維系生命的主要物質(zhì)來(lái)源。而且Apollo 13的兩臺(tái)液氧罐都是被放在一同一個(gè)模塊內(nèi)的，包括向兩個(gè)罐輸送氧氣的細(xì)小管路，因此，盡管從外部看一號(hào)罐并未遭受?chē)?yán)重破壞，但其與二號(hào)罐之間的連接管路發(fā)生了破損，這就加速了Apollo 13氧氣的泄露。
爆炸發(fā)生后，地面指揮中心所做的一切工作都是為了能讓三位宇航員順利的返回地球，保證他們的生命安全，因?yàn)榇蠹倚睦锒济靼兹魏蚊つ康腻e(cuò)誤決定都可能實(shí)惠航天器的進(jìn)一步破壞。那么，地面指揮中心該如何判斷一個(gè)遠(yuǎn)在30萬(wàn)公里外的飛行器的狀況呢？又該如何解決這個(gè)故障呢？這時(shí)就應(yīng)用到了NASA的訓(xùn)練模擬器了。
在Apollo 13發(fā)射前，NASA已經(jīng)陸續(xù)的發(fā)射了一些太空飛船，就在之前發(fā)射的Apollo 10號(hào)的準(zhǔn)備過(guò)程中，工作人員進(jìn)行了一系列的故障模擬測(cè)試，其中就包括了飛船在接近月球軌道時(shí)出現(xiàn)燃料電池故障的模擬，而這種模擬情況與Apollo 13目前的狀態(tài)十分相似。在模擬環(huán)境中，指揮中心的工作人員想讓宇航員利用登月艙作為救生艙，返回地球，但是很遺憾，在Apollo 10的模擬過(guò)程中，他們沒(méi)能及時(shí)獨(dú)立的啟用登月艙系統(tǒng)，導(dǎo)致了模擬環(huán)境中的宇航員還是沒(méi)能得救。這次模擬的失敗讓地面控制人員開(kāi)發(fā)了新的控制程序，以備登月艙在指令艙系統(tǒng)故障時(shí)能夠作為備用救生艙使用，而這也成為了Apollo 13的宇航員能順利返航的關(guān)鍵因素，在Apollo 13爆炸發(fā)生后，經(jīng)各方研究決定啟用了這一救援方式，三名宇航員最終順利的返回地球。
阿波羅13號(hào)登月艙飛行員小弗雷德參加模擬訓(xùn)練，他身處于肯尼迪航天中心宇航員訓(xùn)練大樓的阿波羅登月艙任務(wù)模擬器中。
從阿波羅計(jì)劃我們可以看出，當(dāng)時(shí)的數(shù)字孿生，其實(shí)就是通過(guò)孿生體反映真實(shí)物理實(shí)體的情況，進(jìn)而幫助真實(shí)物理實(shí)體的使用者或控制者產(chǎn)生更精準(zhǔn)的處理行為。
它具有兩個(gè)顯著的特點(diǎn)：
（1）孿生體與物理實(shí)體在外表（指產(chǎn)品的幾何形狀和尺寸）、內(nèi)部構(gòu)造（指產(chǎn)品的組成）和性質(zhì)（指產(chǎn)品的功能和性能）上完全一致；
（2）通過(guò)仿真等方式來(lái)鏡像/反映真實(shí)物理實(shí)體的運(yùn)行情況/狀態(tài)。
在特定的工程實(shí)踐中，人類(lèi)已經(jīng)逐漸意識(shí)到了孿生體建設(shè)的重要性，又隨著各種科技的高速發(fā)展，特別是軟件技術(shù)與仿真技術(shù)的發(fā)展，使其構(gòu)建的孿生體在功能、行為等方面可以用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)替代物理實(shí)體的孿生體。
這時(shí)候，再提出數(shù)字孿生的概念，就成為水到渠成的事情了。
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美國(guó)國(guó)航局與Michael教授有長(zhǎng)期的合作關(guān)系，而數(shù)字孿生技術(shù)在航天器的研發(fā)和運(yùn)營(yíng)中可降低物理樣機(jī)的成本，也可在運(yùn)營(yíng)階段實(shí)現(xiàn)對(duì)航天器的遠(yuǎn)程監(jiān)控和故障檢測(cè)，這就促使了數(shù)字孿生被美國(guó)國(guó)航局作為了關(guān)鍵技術(shù)，NASA還在2010年的技術(shù)目標(biāo)中明確了“數(shù)字孿生體2027計(jì)劃”，希望通過(guò)近20年的研發(fā)，建立數(shù)字孿生體工程體系。
美國(guó)空軍也發(fā)現(xiàn)了數(shù)字孿生的重要意義，在2013年《全休地平線(xiàn)》頂層科技規(guī)劃文件匯總，將數(shù)字線(xiàn)索和數(shù)字孿生并列視為“改變游戲規(guī)則”的顛覆性機(jī)遇。美空軍與波音合作構(gòu)建了F-15C機(jī)體數(shù)字孿生模型，開(kāi)發(fā)了分析框架：綜合利用集成計(jì)算材料工程等先進(jìn)手段，實(shí)現(xiàn)了多尺度仿真和結(jié)構(gòu)完整性診斷；配合先進(jìn)建模仿真工具，實(shí)現(xiàn)了殘余應(yīng)力、結(jié)構(gòu)幾何、載荷與邊界條件、有限元分析網(wǎng)絡(luò)尺寸以及材料微結(jié)構(gòu)不確定性的管理與預(yù)測(cè)。綜上，即可預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)組件何時(shí)到達(dá)壽命期限，調(diào)整結(jié)構(gòu)檢查、修改、大修和替換的時(shí)間。（源自劉亞威先生于2017年9月在中國(guó)航空科技大會(huì)會(huì)議發(fā)表的稿件）
2013年的漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上德國(guó)政府正式提出“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略，其目的就是為了提高德國(guó)工業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，在新一輪工業(yè)革命中占領(lǐng)先機(jī)。該戰(zhàn)略得到了德國(guó)科研機(jī)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)界的廣泛認(rèn)同，西門(mén)子公司率先將這一概念引入其工業(yè)軟件開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)控制系統(tǒng)，并于2016年就開(kāi)始嘗試?yán)脭?shù)字孿生體來(lái)完善工業(yè)4.0應(yīng)用。從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到生產(chǎn)線(xiàn)設(shè)計(jì)，到設(shè)備制造方的機(jī)械設(shè)計(jì)和工廠(chǎng)的規(guī)劃排產(chǎn)，到最后制造執(zhí)行和產(chǎn)品大數(shù)據(jù)，德國(guó)西門(mén)子公司就是用仿真模擬了一些工廠(chǎng)的實(shí)際操作，貫穿了產(chǎn)品生命周期各個(gè)環(huán)節(jié)。
美國(guó)通用電氣管理層也對(duì)“數(shù)字”概念產(chǎn)生了濃厚的興趣，經(jīng)過(guò)管理層的慎重思考，提出了近年來(lái)通用電氣最廣為人知的解決方案————數(shù)字孿生項(xiàng)目，即數(shù)字和實(shí)體產(chǎn)品的結(jié)合體。通用電氣的領(lǐng)導(dǎo)層帶領(lǐng)其團(tuán)隊(duì)打造了Predix云平臺(tái)，并在該平臺(tái)上構(gòu)建了一套可以代表機(jī)器和流程的數(shù)字孿生，將工業(yè)資產(chǎn)和設(shè)備進(jìn)行建模、控制、分析，以實(shí)現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)。
以數(shù)字孿生在機(jī)器上的應(yīng)用情景為例，發(fā)電廠(chǎng)的管理者接到一通電話(huà)，告知他安裝在客戶(hù)發(fā)電廠(chǎng)的一個(gè)發(fā)電渦輪機(jī)正出現(xiàn)一些狀況，這個(gè)改變可能導(dǎo)致一個(gè)關(guān)鍵部件比平常更快損壞，不一定會(huì)立刻引起問(wèn)題，但在未來(lái)幾個(gè)月，可能會(huì)導(dǎo)致發(fā)電廠(chǎng)的整體性能下降。但打電話(huà)給他并不是人類(lèi)操作員，而是渦輪機(jī)的數(shù)字孿生?！八抢萌斯ぶ悄芩惴闄C(jī)器所構(gòu)建的數(shù)字復(fù)制品，并允許它像人類(lèi)一樣觀察和行動(dòng)，”Colin Parris（通用電氣全球副總裁：柯林·帕里斯）如此形容數(shù)字孿生。他進(jìn)一步表示，機(jī)器的數(shù)字孿生就是一個(gè)使用 AI 以及人類(lèi)思維所構(gòu)建的復(fù)制品，可以在很大程度上改善機(jī)器維修等令人頭痛問(wèn)題，改變未來(lái)行業(yè)的運(yùn)作方式，對(duì)于通用電氣和其他工業(yè)世界來(lái)說(shuō)，這代表著數(shù)萬(wàn)億美元的新增長(zhǎng)機(jī)會(huì)。數(shù)字孿生將成為工業(yè)數(shù)據(jù)經(jīng)濟(jì)的主要支柱。
與美國(guó)、德國(guó)等工業(yè)大國(guó)相比，數(shù)字孿生在中國(guó)的關(guān)注與研究起步相對(duì)較晚。從2016年才開(kāi)始有學(xué)術(shù)界、企業(yè)界、政府機(jī)構(gòu)的相關(guān)專(zhuān)家、學(xué)者發(fā)表數(shù)字孿生相關(guān)的文獻(xiàn)，到2018年達(dá)到一定規(guī)模。其中高校及科研院所是數(shù)字孿生理論研究的主力機(jī)構(gòu)，企業(yè)是將數(shù)字孿生技術(shù)付諸實(shí)現(xiàn)的研發(fā)方，政府機(jī)構(gòu)在數(shù)字孿生的概念、技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)、應(yīng)用實(shí)踐等方面開(kāi)展了大量工作，為數(shù)字孿生在中國(guó)的發(fā)展起到了重要作用。天津卓朗科技也開(kāi)展了數(shù)字孿生的計(jì)劃，希望使用人工智能、3D可視化、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，打通數(shù)據(jù)中心的規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)行的數(shù)據(jù)閉環(huán)。
到目前，數(shù)字孿生不僅僅局限于工業(yè)或制造業(yè)，更多的開(kāi)始在智慧數(shù)據(jù)中心、智慧城市、智慧交通領(lǐng)域進(jìn)行應(yīng)用，并且在不斷地完善著其形態(tài)和觀念。
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為何數(shù)字孿生能受到眾多國(guó)家、企業(yè)、科研人員的追捧？它到底能為我們的世界帶來(lái)什么樣的意義呢？接下來(lái)筆者將從各個(gè)行業(yè)的角度來(lái)分析數(shù)字孿生的實(shí)際意義。
通過(guò)對(duì)物理世界的多維度、多領(lǐng)域、多視圖的數(shù)字仿真模擬，如下圖所示，把物理世界的信息綜合到數(shù)字世界中，對(duì)制造業(yè)的產(chǎn)線(xiàn)升級(jí)、效率提高有著至關(guān)重要的作用。
1）數(shù)字孿生可提高產(chǎn)品項(xiàng)目周期管理能力，有助于產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。
在產(chǎn)品研發(fā)、制造、采銷(xiāo)等環(huán)節(jié)建立數(shù)字孿生體，多層次的模擬產(chǎn)品在物理空間的情況轉(zhuǎn)變，可根據(jù)數(shù)字孿生體的變化結(jié)果對(duì)產(chǎn)品外形、構(gòu)造、銷(xiāo)售方式進(jìn)行新的設(shè)計(jì)，減少產(chǎn)品發(fā)售時(shí)間。同時(shí)可以構(gòu)建產(chǎn)品生產(chǎn)車(chē)間的數(shù)字孿生體，對(duì)原材料輸入、設(shè)備生產(chǎn)狀況、車(chē)間生產(chǎn)能力、生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)檢等進(jìn)行模擬仿真測(cè)試，有效提高產(chǎn)品品質(zhì)管理能力，清查生產(chǎn)階段漏洞，降低質(zhì)檢部門(mén)工作難度，加強(qiáng)產(chǎn)品品質(zhì)保障機(jī)制。
構(gòu)建顧客、需求、市場(chǎng)、生產(chǎn)線(xiàn)、供應(yīng)鏈、物流、售后維護(hù)等全產(chǎn)業(yè)鏈的數(shù)字孿生體，基于各產(chǎn)品模型系統(tǒng)進(jìn)行工程整合，有助于傳統(tǒng)工業(yè)制造業(yè)實(shí)現(xiàn)更為敏捷的商業(yè)模式。
2）數(shù)字孿生對(duì)于基建工程的意義也重大
以數(shù)據(jù)中心舉例，因?yàn)閿?shù)據(jù)中心對(duì)電、水、環(huán)境溫度要求比較高，首先在前期選址規(guī)劃時(shí)，規(guī)劃人員可以通過(guò)虛擬孿生體的場(chǎng)景進(jìn)行調(diào)整和模擬布局，對(duì)不同的規(guī)劃進(jìn)行預(yù)測(cè)分析從而獲得最佳建設(shè)位置；
其次在施工建設(shè)階段，數(shù)字孿生可對(duì)工程建設(shè)的流程進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，在虛擬場(chǎng)景中對(duì)原料比例、建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬調(diào)整，反饋到現(xiàn)實(shí)建設(shè)中促使資源最優(yōu)化利用，實(shí)現(xiàn)效益最大化。
最后在運(yùn)營(yíng)管理階段，運(yùn)維人員可基于虛擬數(shù)字孿生體的數(shù)據(jù)、進(jìn)行實(shí)體建筑問(wèn)題的預(yù)測(cè)、診斷、決策，更快、更好、更精準(zhǔn)的處理各類(lèi)故障。
3）數(shù)字孿生對(duì)于智慧城市的意義
目前有些城市采用了智能路燈和井蓋，可是實(shí)時(shí)收集數(shù)據(jù)信息，虛擬數(shù)字孿生城市是實(shí)體現(xiàn)實(shí)城市的虛擬映射對(duì)象和智能操控體，二者虛實(shí)對(duì)應(yīng)、相互映射、相互影響、協(xié)同交互，數(shù)字孿生城市可全狀態(tài)實(shí)時(shí)化、可視化的展示當(dāng)前現(xiàn)實(shí)城市社會(huì)狀況，并可根據(jù)歷史數(shù)據(jù)，自動(dòng)化、智能化的對(duì)城市進(jìn)行管理，節(jié)省財(cái)力、人力成本。
4）數(shù)字孿生對(duì)于智慧醫(yī)療的意義
目前幾乎所有醫(yī)院總是人滿(mǎn)為患，好的科室更是要提前幾天甚至幾個(gè)月來(lái)預(yù)約；終于到了預(yù)約的日子，又要在醫(yī)院停車(chē)場(chǎng)一圈一圈的找車(chē)位；終于找好車(chē)位了，又要排隊(duì)取號(hào)、排隊(duì)看醫(yī)生；看到醫(yī)生沒(méi)說(shuō)幾句，就開(kāi)了一堆檢查單，然后又開(kāi)始排隊(duì)預(yù)約檢查、到日子來(lái)醫(yī)院檢查、等檢查結(jié)果、取檢查結(jié)果、再預(yù)約掛號(hào)看檢查結(jié)果...如此下來(lái)，患者被折騰的筋疲力盡，醫(yī)鬧事件頻發(fā)。 大家可以暢想下未來(lái)的應(yīng)用場(chǎng)景。當(dāng)有了醫(yī)療數(shù)字孿生體，首先我們可以通過(guò)智能穿戴設(shè)備打造一個(gè)患者人身數(shù)字孿生體，通過(guò)這個(gè)孿生體結(jié)合大量醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)，可以自動(dòng)判別患者的疾病并給出對(duì)應(yīng)治療，無(wú)需往返醫(yī)院；其次如果真的需要實(shí)際前往醫(yī)院治療，醫(yī)療數(shù)字孿生體可根據(jù)當(dāng)前院內(nèi)車(chē)流數(shù)據(jù)、排隊(duì)病患數(shù)據(jù)給出最佳的前往時(shí)間，極大的減少患者就醫(yī)等待時(shí)間，醫(yī)生看診時(shí)也可直接參考智能穿戴設(shè)備提供的數(shù)據(jù)，減少了患者檢查時(shí)間，增加了臨床診斷的準(zhǔn)確性，如圖1-12所示，這是OnSacle研發(fā)的“數(shù)字雙肺”模型，可預(yù)測(cè)新冠肺炎患者的通氣需求.
4）數(shù)字孿生的通用意義
從通用角度上來(lái)說(shuō)數(shù)字孿生通過(guò)虛實(shí)空間的映射，生成可拆解、可復(fù)制、可修改、可刪除、可重復(fù)操作的數(shù)字孿生體，這極大的方便了人們對(duì)物理實(shí)體的掌控，降低了對(duì)物理實(shí)體的操作代價(jià)；同時(shí)數(shù)字孿生體可以結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)收集、大數(shù)據(jù)處理和人工智能的分析，對(duì)當(dāng)前實(shí)體設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，對(duì)問(wèn)題進(jìn)行診斷，對(duì)未來(lái)發(fā)展進(jìn)行預(yù)測(cè)，為最后的決策提供全方面的支持；最終方便了人們對(duì)物理實(shí)體的設(shè)計(jì)、制造和服務(wù)。
過(guò)去，產(chǎn)業(yè)數(shù)字化作為一種趨勢(shì)，可以讓數(shù)據(jù)、信息、場(chǎng)景都變得可視化、流程化和個(gè)性化；現(xiàn)在，有了數(shù)字孿生技術(shù)的加入，數(shù)字就多了一種更立體、更直觀的展示形式?？偟脕?lái)說(shuō)數(shù)字孿生通過(guò)數(shù)據(jù)的積累保存了經(jīng)驗(yàn)的數(shù)字化，為未來(lái)的狀況提供了更加自動(dòng)化、智能化的診斷和處理，擁有更全面的分析和預(yù)測(cè)能力，讓我們的生活更便捷。
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