下面讓我們介紹一下一個(gè)在產(chǎn)業(yè)界如火如荼，但公眾還十分陌生的概念：數(shù)字孿生（DigitalTwin）。在解答這個(gè)晦澀難懂的概念前，我首先聯(lián)想到了一個(gè)人，原蘇聯(lián)知名的昆蟲(chóng)學(xué)家、數(shù)學(xué)家和哲學(xué)家——柳比歇夫。在26歲那年，他獨(dú)創(chuàng)了一種“時(shí)間統(tǒng)計(jì)法”，可以通過(guò)記錄每一天做的每件事情所花費(fèi)的時(shí)間，經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)分析，進(jìn)行每月小結(jié)和年終總結(jié)，由此來(lái)改善工作方法，計(jì)劃未來(lái)事務(wù)，進(jìn)而提升對(duì)時(shí)間的利用效率。

這個(gè)“時(shí)間統(tǒng)計(jì)法”，他沿用了56年，直至逝世。那么，他的學(xué)術(shù)成果呢？著實(shí)十分驚人，一生發(fā)布了七十多部專(zhuān)著。但他并不是一個(gè)整天鉆進(jìn)書(shū)齋里的老學(xué)究，從那本《奇特的一生》中，可以發(fā)現(xiàn)他的業(yè)余時(shí)間十分充裕，甚至于每一天只需工作幾個(gè)小時(shí)，他還能完成大量的社交、旅行還有休閑。
講到這里，我們可能會(huì)覺(jué)得十分慚愧。言歸正傳，這里講到柳比歇夫和他的“時(shí)間統(tǒng)計(jì)法”，是因?yàn)檫@個(gè)方法跟下面要講的“數(shù)字孿生”十分相似。他幾乎忠實(shí)的記錄了每一天所有事物的時(shí)間，精確到多少時(shí)長(zhǎng)。這就猶如在日記本上完全復(fù)刻了一個(gè)柳比歇夫的數(shù)字分身。讓我們通過(guò)觀看他的這本時(shí)間筆記，就能知道他這一生做了哪些事情。
如果再將這些記錄輸入電腦，做出數(shù)據(jù)表格，打上各種標(biāo)簽，我們就可以對(duì)其完成的各類(lèi)事情進(jìn)行精準(zhǔn)的分類(lèi)統(tǒng)計(jì)和分析。如此這般，我們就能建立一個(gè)更多維度的柳比歇夫。仔細(xì)想一想這個(gè)辦法用在我們身上，是不是也可能產(chǎn)生“奇跡”。不過(guò)，“數(shù)字孿生”的野心更大，其想實(shí)現(xiàn)的是對(duì)整個(gè)物理世界的完整的數(shù)字映射。
1、數(shù)字孿生：為物理世界“復(fù)制”一個(gè)虛擬數(shù)字分身
“數(shù)字孿生”（DigitalTwin）這個(gè)概念正式提出是在NASA的2010年的一份技術(shù)報(bào)告當(dāng)中，那時(shí)候給出的一個(gè)狹窄定義是“集成了多物理量、多尺度、多概率的系統(tǒng)或飛行器仿真過(guò)程”，接下來(lái)，“數(shù)字孿生”概念和相關(guān)技術(shù)主要應(yīng)用在航空航天領(lǐng)域的飛行器健康管理，包括像機(jī)身設(shè)計(jì)與維修，飛行器能力評(píng)估，飛行器故障預(yù)測(cè)等應(yīng)用當(dāng)中。
不過(guò)，“孿生”的概念在二十世紀(jì)六十年代就已經(jīng)出現(xiàn)，那時(shí)候美國(guó)NASA在“阿波羅計(jì)劃”中，創(chuàng)建了兩個(gè)完全相同的航天飛行器，其中一個(gè)發(fā)射到太空?qǐng)?zhí)行任務(wù)，另一個(gè)留在地球上用來(lái)反映太空中航天器在任務(wù)期間的工作狀態(tài)，進(jìn)而協(xié)助工程師分析處理太空中出現(xiàn)的緊急事件。此時(shí)，兩個(gè)航天器都是真實(shí)存在的物理實(shí)體，也就是還未形成“數(shù)字孿生”的概念。
到2003年左右，美國(guó)密歇根大學(xué)教授Grieves首次在“產(chǎn)品的全生命周期管理”課程上提出了“數(shù)字孿生”的構(gòu)想，只是當(dāng)時(shí)將之稱(chēng)為“ConceptualIdealforProductLifecycleManagement”，PLM的主要構(gòu)想便是在虛擬空間創(chuàng)建一套數(shù)字模型，可以與物理實(shí)體進(jìn)行交互映射，完整描述物理實(shí)體全生命周期的運(yùn)行軌跡。
現(xiàn)如今，伴隨著數(shù)字化技術(shù)在消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)和產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的深層次應(yīng)用，“數(shù)字孿生”概念和技術(shù)獲得了更加廣泛地推廣和應(yīng)用。在2019年，“數(shù)字孿生”這一術(shù)語(yǔ)已經(jīng)被Gartner列入2019年十大戰(zhàn)略性技術(shù)趨勢(shì)之一。
如何來(lái)解釋“數(shù)字孿生”概念呢？從國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織的定義來(lái)看，數(shù)字孿生是具備數(shù)據(jù)連接的特殊物理實(shí)體或過(guò)程的數(shù)字化表述，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，有益于提升整體性能。
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，便是針對(duì)于物理世界的實(shí)體，利用數(shù)字化手段創(chuàng)建一個(gè)數(shù)字世界中的“完整分身”，能夠和物理實(shí)體保持實(shí)時(shí)的交互聯(lián)接，憑借歷史數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以及算法模型等，通過(guò)模擬、驗(yàn)證、預(yù)測(cè)、控制物理實(shí)體全生命周期過(guò)程，實(shí)現(xiàn)對(duì)物理實(shí)體的了解、分析和提升。從上述定義可以看到，數(shù)字孿生所具備的特征，包含：
1）互操作性，即數(shù)字孿生中的物理實(shí)體和數(shù)字空間的虛擬實(shí)體能夠雙向映射、動(dòng)態(tài)交互和實(shí)時(shí)連接。
2）可擴(kuò)展性，即數(shù)字孿生技術(shù)具備集成、添加和替換的能力，能夠針對(duì)多尺度、多物理、多層級(jí)的數(shù)字模型內(nèi)容進(jìn)行擴(kuò)展。
3）實(shí)時(shí)性，即數(shù)字化虛擬實(shí)體可對(duì)物理實(shí)體進(jìn)行隨時(shí)間軸變化而進(jìn)行實(shí)時(shí)狀態(tài)的數(shù)字表征。
4）保真性，即數(shù)字化虛擬實(shí)體與物理實(shí)體保持在樣態(tài)、狀態(tài)、相態(tài)和時(shí)態(tài)上的高度仿真。
5）閉環(huán)性，即數(shù)字化虛擬實(shí)體可以表述物理實(shí)體的可視化模型和內(nèi)在機(jī)理，以便于對(duì)物理實(shí)體狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控、分析、推理、優(yōu)化工藝參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)，實(shí)現(xiàn)決策功能，形成閉環(huán)性。
2、“萬(wàn)物皆數(shù)據(jù)”：無(wú)處不及的數(shù)字孿生應(yīng)用場(chǎng)景
現(xiàn)階段，在海內(nèi)外錯(cuò)綜復(fù)雜的經(jīng)濟(jì)政治格局下，數(shù)字經(jīng)濟(jì)在促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，提升 勞動(dòng)生產(chǎn)率，打造新市場(chǎng)和產(chǎn)業(yè)新突破點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)包容性增長(zhǎng)和可持續(xù)增長(zhǎng)等諸多方面都在發(fā)揮著重要的功效。根據(jù)最新數(shù)據(jù)，2019年數(shù)字經(jīng)濟(jì)占據(jù)我國(guó)GDP的比重已經(jīng)達(dá)到36.2%，數(shù)字經(jīng)濟(jì)增加值規(guī)模達(dá)到35.8萬(wàn)億元。
數(shù)字孿生做為數(shù)字經(jīng)濟(jì)之中一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)和高效能工具，可以有效的發(fā)揮其在設(shè)計(jì)模型、數(shù)據(jù)采集、分析預(yù)測(cè)、仿真模擬等方面的功效，助力推動(dòng)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化，促進(jìn)數(shù)字經(jīng)濟(jì)與實(shí)體經(jīng)濟(jì)融合發(fā)展。
現(xiàn)如今，歸功于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等全新一代信息技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)字孿生在各領(lǐng)域獲得愈來(lái)愈廣泛的應(yīng)用實(shí)施。
3、支撐萬(wàn)億規(guī)模的市場(chǎng)變革：數(shù)字孿生的未來(lái)產(chǎn)業(yè)圖譜
數(shù)字孿生的產(chǎn)業(yè)版圖可以從其技術(shù)生態(tài)系統(tǒng)的圖譜來(lái)了解，行業(yè)報(bào)告將數(shù)字孿生區(qū)分為“基礎(chǔ)支撐”、“數(shù)據(jù)互動(dòng)”、“模型創(chuàng)建”、“仿真分析”、“共性應(yīng)用”、“行業(yè)應(yīng)用”6大核心模塊，匹配從設(shè)備、數(shù)據(jù)到行業(yè)應(yīng)用的全生命周期。

現(xiàn)階段，海內(nèi)外重點(diǎn)廠商主要有建模業(yè)務(wù)、仿真業(yè)務(wù)、平臺(tái)業(yè)務(wù)、行業(yè)服務(wù)業(yè)務(wù)四大類(lèi)。
在基礎(chǔ)支撐層面，主要是可以創(chuàng)建數(shù)字孿生基礎(chǔ)的物聯(lián)網(wǎng)終端提供芯片、傳感器業(yè)務(wù)等廠商。目前而言現(xiàn)如今全球所有芯片巨頭都將物聯(lián)網(wǎng)芯片做為未來(lái)的重點(diǎn)戰(zhàn)場(chǎng)，物聯(lián)網(wǎng)傳感器也是眾多美國(guó)、日本、德國(guó)半導(dǎo)體公司爭(zhēng)奪的重點(diǎn)市場(chǎng)。另外像監(jiān)控設(shè)備這樣的邊緣設(shè)備，我國(guó)的企業(yè)具有比較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。
在數(shù)據(jù)互動(dòng)層，數(shù)字孿生的創(chuàng)建需要通過(guò)軟件定義的工具和平臺(tái)提供支持，現(xiàn)階段這些工具和平臺(tái)主要都掌控在國(guó)際的軟件巨頭手中，比如Bentley的iTwinService，ANSYS的TwinBuilder，微軟的Azure，達(dá)索的3DExperience等。
在仿真分析層，為數(shù)字化模型中加入物理規(guī)律和機(jī)理的計(jì)算、分析等能力，必須使用到仿真軟件，包含像CAD、EDA等工業(yè)仿真軟件和像交通、物流領(lǐng)域的復(fù)雜系統(tǒng)仿真軟件。現(xiàn)階段我國(guó)在仿真軟件的國(guó)產(chǎn)化上，還沒(méi)法達(dá)到國(guó)外一線產(chǎn)品的水平。
在模型構(gòu)建層，在我們國(guó)家主要進(jìn)行數(shù)字化建模服務(wù)的企業(yè)以國(guó)有測(cè)繪企業(yè)為主，市場(chǎng)規(guī)模現(xiàn)階段達(dá)到數(shù)百億，但提供測(cè)繪數(shù)據(jù)服務(wù)的軟件仍以采購(gòu)國(guó)外軟件為主。
在共性應(yīng)用層，也同樣依靠國(guó)外主流的這幾家軟件工具和平臺(tái)提供支持，雖然現(xiàn)階段還欠缺融合數(shù)字孿生綜合功能需求的一體化平臺(tái)出現(xiàn)，但是不同行業(yè)、應(yīng)用場(chǎng)景的界限正在打通。

在支撐技術(shù)層，面向云計(jì)算、人工智能、邊緣計(jì)算、安全等技術(shù)領(lǐng)域的企業(yè)都在從其自身優(yōu)勢(shì)領(lǐng)域切入數(shù)字孿生的產(chǎn)業(yè)布局中。
在行業(yè)應(yīng)用層，匯聚了數(shù)千家海內(nèi)外企業(yè)，針對(duì)各行業(yè)需求的數(shù)字孿生技術(shù)，提供包含像智慧城市、交通、水利、工程、工業(yè)生產(chǎn)、能源、自動(dòng)駕駛、公共應(yīng)急等領(lǐng)域的各類(lèi)應(yīng)用服務(wù)，有些行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模都普遍超千億，智慧城市更是一個(gè)綜合規(guī)模上萬(wàn)億的巨無(wú)霸市場(chǎng)。
總體上，仍然是具有基礎(chǔ)軟件平臺(tái)的企業(yè)有先發(fā)優(yōu)勢(shì)和實(shí)力，而像國(guó)內(nèi)的一些制造企業(yè)也在積極部署數(shù)字孿生系統(tǒng)，開(kāi)始推動(dòng)這一惠及萬(wàn)億規(guī)模產(chǎn)業(yè)變革的新藍(lán)海。

根據(jù)Gartner的研究，截至2019年1月進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的企業(yè)中，已經(jīng)有13%的企業(yè)實(shí)施了數(shù)字孿生項(xiàng)目，還有62%的企業(yè)正在實(shí)施或者有計(jì)劃實(shí)施。不論是數(shù)字孿生的產(chǎn)學(xué)研生態(tài)，還是在各行業(yè)中的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，數(shù)字孿生正在全面開(kāi)花，成為無(wú)論是產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)還是新基建等宏觀布局中重要的技術(shù)支撐。
也是在2019年初，凱文·凱利在《連線》雜志發(fā)文，提出“鏡像世界”的概念。他把“鏡像世界”當(dāng)作互聯(lián)網(wǎng)歷史上第三次劃時(shí)代意義的的技術(shù)平臺(tái)，第一次是PC上將信息數(shù)字化的萬(wàn)維網(wǎng)，第二次是移動(dòng)時(shí)代將人類(lèi)數(shù)字化的社交媒體，第三次便是將整個(gè)世界數(shù)字化的“鏡像世界”。
由此來(lái)看，凱文·凱利的“鏡像世界”，更多是站在公眾角度對(duì)于“數(shù)字孿生”概念的一次演繹，而數(shù)字孿生本身便是推動(dòng)這場(chǎng)“鏡像世界”加速來(lái)臨的底層力量。

總結(jié)

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