大家好，這一期我們來(lái)聊一聊“數(shù)字孿生”的基本概念，這兩年一個(gè)很火的詞“元宇宙（Meteverse)”,數(shù)字孿生也伴隨元宇宙走入大眾視野，從技術(shù)名詞的角度上來(lái)講，元宇宙是包含數(shù)字孿生的，這個(gè)也是歷史發(fā)展的必然，整個(gè)世界是數(shù)字化的程度到了一定的爆發(fā)點(diǎn)，云（云計(jì)算）、大（大數(shù)據(jù)）、物（物聯(lián)網(wǎng)）、智（人工智能）、移（移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)）等多種形式的產(chǎn)業(yè)技術(shù)革命也不斷深度應(yīng)用到各行各業(yè)，數(shù)字世界也因?yàn)檫@些技術(shù)與同3D互聯(lián)網(wǎng)、VR、XR的發(fā)展以及數(shù)字孿生的不斷應(yīng)用，使得數(shù)字世界的交互、體驗(yàn)進(jìn)入到越來(lái)越真實(shí)的階段、更可操作的體驗(yàn)產(chǎn)生了一種類似于物理世界的感知交互，會(huì)讓更多的人更加容易的進(jìn)入數(shù)字空間做越來(lái)越多的事情。

我們先來(lái)追溯一下它的歷史，元宇宙這個(gè)詞可以追溯到兩部小說(shuō)，1982年的《神經(jīng)漫游者》中“賽博朋克空間”(Cyberspace)與1992年的《雪崩》中”超元宇“（中譯過(guò)來(lái)的），當(dāng)然這兩部是科幻小說(shuō)，與現(xiàn)實(shí)中的元宇宙或者數(shù)字孿生差距還是比較大的，與現(xiàn)實(shí)中相關(guān)的一本科技書(shū)《Mirro World》翻譯過(guò)來(lái)叫”鏡像世界“最早提到了數(shù)字孿生物物相連，萬(wàn)物互聯(lián)，這本書(shū)預(yù)見(jiàn)了一種軟件，它可以用數(shù)字模擬來(lái)取代現(xiàn)實(shí)世界，從而徹底改變計(jì)算，改造社會(huì)，這個(gè)騰訊提到的“全真互聯(lián)網(wǎng)”概念比較相似。

其中有一個(gè)小插曲，《Mirro World》的作者-David Gelernter被讀者寄炸彈，David Gelernter的右手和眼睛受到了傷害，原因是這位讀者也是科技的狂熱愛(ài)好者，對(duì)《Mirro World》描述的鏡像的世界充滿擔(dān)憂，索性就寄了一顆炸彈給-David Gelernter，以此來(lái)消滅這個(gè)超前的”異類。

根據(jù)目前的看到的資料，數(shù)字孿生的術(shù)語(yǔ)是由邁克爾格里夫教授（Michael Grieves）在美國(guó)密歇根大學(xué)任教時(shí)間首先提出，2002年12月3日他在該?！癙LM開(kāi)發(fā)聯(lián)盟”（PLM:全生命周期管理）成立時(shí)的講稿這個(gè)首先提到了數(shù)字孿生的概念，2003年他講授PLM課程時(shí)使用的了“Digital Twins（數(shù)字孿生）”，2014年他在杜撰寫的“數(shù)字孿生：通過(guò)虛擬的工廠復(fù)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)卓越制造（Digital Twins:ManuFaceturing Excellence Through Virtual Factory Replication)"文章中進(jìn)行較為詳細(xì)的闡述，奠定了數(shù)字孿生的基本框架。

在航空界和工業(yè)界，較早的開(kāi)始使用數(shù)字孿生這個(gè)術(shù)語(yǔ)。2009年美國(guó)空軍實(shí)驗(yàn)室提出“機(jī)身數(shù)字孿生（Airframe Digital Twins)”的概念，希望實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)斗機(jī)維護(hù)工作的數(shù)字化，而數(shù)字孿生是他們想出來(lái)的創(chuàng)新方法。真正提出來(lái)的是2011年，NASA開(kāi)始在技術(shù)路線中使用“數(shù)字孿生”術(shù)語(yǔ)。

約在2014年開(kāi)始，西門子、達(dá)索、通用電氣、PTC、ANSYS、ESRI、BENTLEY知名軟件公司，都在市場(chǎng)宣傳中使用“Digital Twins”術(shù)語(yǔ)，并陸續(xù)在技術(shù)構(gòu)建、概念內(nèi)涵上做更多的深入研究和拓展。

數(shù)字孿生這個(gè)名詞也經(jīng)過(guò)了30年的一個(gè)演進(jìn)，從開(kāi)始的鏡像空間，鏡像空間模型、信息鏡像模型，到數(shù)字雙胞胎，再普遍接受的數(shù)字孿生這個(gè)名詞，從某種程度上來(lái)講，起名字也關(guān)乎一個(gè)技術(shù)產(chǎn)業(yè)的推廣的速度以及普及度，比如現(xiàn)在的“云計(jì)算”以前就稱之為“虛擬化技術(shù)”、“共享計(jì)算資源”，人工智能中的深度學(xué)習(xí)技術(shù)經(jīng)歷多次浪潮，從20世紀(jì)的40年代至60年代的“Cybernetics（控制論)，20世紀(jì)80年代到90年代稱之為“Connectionism(聯(lián)接主義）”，直到2006年才以深度學(xué)習(xí)之名定論（近些年來(lái)暫未見(jiàn)新名詞）。

從大致的一個(gè)數(shù)字孿生的發(fā)展歷程，我們來(lái)看一下被廣泛接受的數(shù)字孿生的概念是什么？

究竟怎么定義它的，不同的行業(yè)都有一點(diǎn)不同的區(qū)別，而且它的官方定義還是比較復(fù)雜的，看看維基百科是這么說(shuō)的：

數(shù)字孿生(Digital Twins)是充分利用物理模型、傳感器更新、運(yùn)行歷史數(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，在虛擬的空間中完成對(duì)物理世界的映射，從而反映相對(duì)實(shí)體制造裝備的全生命周期過(guò)程。

是不是有點(diǎn)暈，說(shuō)“人話”，數(shù)字孿生就是在在一個(gè)設(shè)備或系統(tǒng)上，創(chuàng)造一個(gè)“數(shù)字版的克隆體”。這個(gè)克隆體是建立在它被創(chuàng)建的信息化基礎(chǔ)上的，即為“本體”到“虛擬體”，說(shuō)白了，本體的實(shí)時(shí)狀態(tài)，還有外界環(huán)境條件，都會(huì)復(fù)現(xiàn)到“孿生體”身上。

數(shù)字孿生—為物理實(shí)體建立的數(shù)字模型，與真實(shí)世界的所有要素形成一一映射的關(guān)系。數(shù)字孿生體是真實(shí)世界在虛擬空間的四維投射，是一種虛擬的的實(shí)體表達(dá)，更好的為設(shè)計(jì)、制造與運(yùn)維。

近些年來(lái)數(shù)字孿生的戰(zhàn)略地位也不斷地提高，全球IT研究與顧問(wèn)咨詢公司Gartner(高德納咨詢連續(xù)三年（2017-2019）將數(shù)字孿生列為十大戰(zhàn)略科技發(fā)展趨勢(shì)之一；中國(guó)工程院發(fā)布的《全球工程前沿2020》報(bào)告將數(shù)字孿生驅(qū)動(dòng)的智能制造列為機(jī)械與運(yùn)載工程領(lǐng)域研究前沿之首；2020年4月份，國(guó)家發(fā)改委印發(fā)的一份《關(guān)于推進(jìn)“上云用數(shù)賦智”行動(dòng)，培育新經(jīng)濟(jì)發(fā)展實(shí)施方案》中，數(shù)字孿生技術(shù)被多次提及，受關(guān)注程度和云計(jì)算、AI、5G等一樣，上升到國(guó)家高度。方案提出要圍繞解決企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型所面臨的數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施、通用軟件和應(yīng)用場(chǎng)景等難題，支持?jǐn)?shù)字孿生等數(shù)字化轉(zhuǎn)型共性技術(shù)、關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)應(yīng)用，引導(dǎo)各方參與提出數(shù)字孿生的解決方案。

究竟是什么的孿生，孿生是用來(lái)做什么？

從目的出發(fā)，接下來(lái)我們從兩個(gè)維度來(lái)討論一下。

從上面的圖上來(lái)看不同的階段作用不同的對(duì)象，孿生體是貫穿全生命周期的，這些不同行業(yè)的軟件其實(shí)出現(xiàn)的很早，現(xiàn)在都被裝進(jìn)了數(shù)字孿生的概念中

1、數(shù)字孿生與工業(yè)制造：

在傳統(tǒng)的工業(yè)設(shè)計(jì)、制造和服務(wù)領(lǐng)域，經(jīng)驗(yàn)往往是一種模糊而難以把握的形式，難以作為準(zhǔn)確判斷的依據(jù)，數(shù)字孿生將以前無(wú)法保存的專家經(jīng)驗(yàn)數(shù)字化，并提供保存、復(fù)制、修改和傳輸?shù)哪芰?。在這些領(lǐng)域西門子、達(dá)索、PTC在數(shù)字孿生方面走在前列，在設(shè)計(jì)與建造過(guò)程中都有很深的應(yīng)用，不管是小的還是大的都屬于在工業(yè)制造的范疇，這里面有集成電路、機(jī)械設(shè)備、大型制造裝備集成電路等，用數(shù)字孿生來(lái)驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性，已經(jīng)工藝仿真預(yù)測(cè)。通過(guò)這些擬真的數(shù)字化模型，工程師們可以在虛擬空間調(diào)試、實(shí)驗(yàn)，能夠讓機(jī)器的運(yùn)行效果達(dá)到最佳。

2、數(shù)字孿生與GIS：

GIS就是在為自然的人造的環(huán)境創(chuàng)建三維數(shù)字表達(dá)空間-“虛擬數(shù)字空間”，三維GIS和數(shù)字孿生的融合為企業(yè)和公眾提供了時(shí)空大數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)應(yīng)用支持，滿足了自然資源、城市、氣象、水利等不同行業(yè)應(yīng)用的建設(shè)需求，從而構(gòu)建支持各行業(yè)基于時(shí)空信息服務(wù)構(gòu)建互聯(lián)互通無(wú)縫協(xié)同的業(yè)務(wù)應(yīng)用體系。

在GIS方面，系統(tǒng)平臺(tái)與行業(yè)需求深度結(jié)合，現(xiàn)已在仿真模擬、土地資產(chǎn)管理、人口信息管理、智慧水務(wù)、智慧礦山、智慧城市/園區(qū)等行業(yè)有了完整的行業(yè)解決方案。，比較有代表性的兩家公司，國(guó)內(nèi)超圖軟件（supermap)，國(guó)外的esri,。

3、數(shù)字孿生與BIM：

從傳統(tǒng)的二維CAD到三維的模型，每個(gè)建筑的的物體都是構(gòu)件化，在軟件或則平臺(tái)中進(jìn)行設(shè)計(jì)，以及在建造過(guò)程中對(duì)建筑構(gòu)件進(jìn)行統(tǒng)一管理，BIM負(fù)責(zé)智能建造施工,數(shù)字孿生使管理這些復(fù)雜空間的工作變得更加容易。BIM軟件的重點(diǎn)是創(chuàng)建協(xié)作設(shè)計(jì)和建造過(guò)程，以及可視化建筑物的物理和功能方面，對(duì)實(shí)時(shí)響應(yīng)要求低，數(shù)字孿生可以為提供有關(guān)構(gòu)建子系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)的信息實(shí)時(shí)響應(yīng)，起到一個(gè)聯(lián)接的作用。作為“老牌”建筑軟與基礎(chǔ)設(shè)施軟件廠商，AUTODESK與BNETLEY基本上占據(jù)全球的大部分市場(chǎng)。

4、組織孿生：

這是另外一種聲音，組織是非實(shí)體工具，是一種邏輯的實(shí)體，像組織的架構(gòu)角色、權(quán)限、流程、不是物體對(duì)應(yīng)的實(shí)體把它歸為組織孿生，這里面企業(yè)加架構(gòu)的方式納入到“組織數(shù)字孿生”，它依靠數(shù)據(jù)來(lái)了解組織如何運(yùn)作其業(yè)務(wù)模型、如何與當(dāng)前狀態(tài)聯(lián)系、如何響應(yīng)變化、如何部署資源以及如何交付預(yù)期的客戶價(jià)值。

因此我們可以看到不同行業(yè)對(duì)數(shù)字孿生的定解讀都不是一樣的，因?yàn)橛懈鞣N不同的行業(yè)我們聽(tīng)到不同的聲音，畢竟數(shù)字孿生要是把現(xiàn)實(shí)世界搬到數(shù)字世界，也包括要把我們?nèi)庋劭床灰?jiàn)的東西，如軟件系統(tǒng)、軟件服務(wù)、組織架構(gòu)等，所以就構(gòu)建出不同需求與細(xì)分的使用場(chǎng)景，也就帶來(lái)了不同的應(yīng)用軟件與系統(tǒng)。

我在之前的一篇文章里面提到國(guó)內(nèi)數(shù)字孿生的關(guān)注點(diǎn)基本是圍繞平臺(tái)建設(shè)，相當(dāng)于上面提到的“復(fù)合孿生體”

每一個(gè)行業(yè)關(guān)注的點(diǎn)也不相同的，比如同樣做一個(gè)數(shù)字城市的孿生，規(guī)劃與設(shè)計(jì)階段關(guān)注的空間地理的數(shù)據(jù)，如地理坐標(biāo)、地形、面積與 體積計(jì)算。運(yùn)維階段關(guān)注的是被數(shù)字化連接的物，是物與物的聯(lián)接、大量的基礎(chǔ)設(shè)施以及配套設(shè)施的管理，比如，燈桿、井蓋、巡檢車輛、攝像頭，他們構(gòu)成了復(fù)雜世界的孿生體。

同樣在建筑領(lǐng)域，設(shè)計(jì)建造階段BIM關(guān)注的是建筑的結(jié)構(gòu)、構(gòu)件信息、材料信息，然而在運(yùn)維階段我們關(guān)注的更多是水暖通系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、電梯等于日常生活辦公相關(guān)的系統(tǒng)，BIM的意義在運(yùn)維階段就是他的空間結(jié)構(gòu)參考，在運(yùn)維階段的意義性就不是很大了。

今天先到這，歡迎各位，來(lái)找我交流探討。關(guān)注我，數(shù)字孿生不迷路。