数字孪生

肖早君今天要给大家介绍的是一个听起来很高大上的概念——数字孪生。

相信很多人都听说过数字孪生。过去几年，这个词的热度持续攀升，频频出现在各大高峰论坛的演讲话题中，备受业内外关注。

数字孪生 到底是什么？谁想出来的？它会给我们的生活带来哪些改变？

带着这些疑问，我们来看今天的文章——

什么是 数字孪生

数字孪生，英文名称为Digital Twin（数字孪生），又称数字映射、数字镜像。

它的官方定义相当复杂，大致如下：

数字孪生，就是充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，整合多学科、多物理、多尺度、多概率的仿真过程，完成虚拟空间的映射，从而反映相应物理设备的全生命周期过程。

你头晕？其实，简单来说，数字孪生就是基于设备或系统创建一个数字“克隆”。

这个“克隆”，也称为“数字孪生body”。它是在信息平台上创建的，是虚拟的。

也许你会说，这不是电脑上的设计图吗？CAD能做到吗？

其实并不是。与设计图相比，数字孪生body最大的特点是它是对实体物体的动态模拟（姑且称之为“本体”）。换句话说，数字孪生 主体将“移动”。

此外，数字孪生 身体不只是随机“移动”。它“运动”的依据来自本体的物理设计模型，以及本体上传感器反馈的数据，以及本体运行的历史数据。

说白了就是本体的实时状态，以及外部环境条件，都会在“孪生体”上重现。

如果需要对系统设计进行更改，或者如果他们想知道系统在特定外部条件下会如何反应，工程师可以对双胞胎进行“实验”。这样可以避免对本体的影响，提高效率，节约成本。

除了“动”，理解数字孪生还需要记住三个关键词，分别是“全生命周期”、“实时/准实时”、“双向”。

数字孪生 是来自工业界的概念。在工业制造中，有一个术语叫做“产品生命周期管理 (PLM)”。相信很多人都听说过。

全生命周期是指数字孪生可以贯穿产品的整个周期数字孪生包括哪几类，包括设计、开发、制造、服务、维护甚至报废回收。不仅是帮助企业把产品做的更好，还包括帮助用户更好地使用产品。

实时/准实时是指本体与孪生体之间建立全面的实时或准实时连接。两者并不是完全独立的，映射关系也具有一定的实时性。

双向意味着本体和孪生之间的数据流可以是双向的。不仅本体可以向孪生输出数据，孪生还可以向本体反馈信息。企业可以根据孪生反馈的信息对本体采取进一步的行动和干预。

数字孪生 的来源

说到“数字孪生”这个概念的发明者，业界并没有明确的说法。

许多人认为 数字孪生 是由密歇根大学教授 Michael Grieves 博士于 2002 年提出的。

迈克尔·格里夫斯博士

但没有书面文件或数据支持这一说法。

在 2014 年发表的一篇文章中，Michael Grieves 博士曾“回顾”自己 2002 年在密歇根大学 PLM 中心的演讲，并提到了与 数字孪生 类似的相关概念。他还在 2003 年的高管培训中“回顾”了自己，在那里他提出了“数字等价物或 数字孪生实体产品的概念”。

然而，这些都没有确凿的文件或影像证据。

“数字孪生”概念真正有据可查的支持者是空军研究实验室（AFRL，Air Force ReseARch）。

AFRL 徽标

2011 年 3 月，美国空军研究实验室结构力学部的 Pamela A. Kobryn 和 Eric J. Tuegel 做了题为“Condition-based Plus Integrity (CBM+SI) & the Airframe Digital Twin (Condition-based Plus Integrity) （CBM+SI）和机身数字孪生）。维护+结构完整性和战斗机机身数字孪生）”，第一次明确提及数字孪生。

当时，AFRL 想要将战斗机维护数字化，而 数字孪生 是他们提出的创新方法。

当美国空军意识到数字孪生具有很强的现实意义时，另一家公司也对数字孪生产生了浓厚的兴趣，那就是通用电气公司（GE）。

通用电气公司 (GE)

美国通用电气公司在为美国国防部提供 F-35 联合攻击机解决方案时，发现了数字孪生机身的价值。

不知道大家还记得之前小早君介绍工业4.0的文章吗？是的，美国通用电气公司是美国先进制造战略（美国版工业4.0）的主要推动者。

当时，美国通用汽车公司一直在研究工业数字化以及如何构建工业互联网体系。显然数字孪生包括哪几类，数字孪生 对于工业 4.0 非常有用，可以这么说。

后来，德国西门子（德国工业4.0的代表公司）也拥抱了数字孪生，视之为宝。

2015年前后，中国也开始效仿。当时，包括工业4.0研究院在内的国内多家研究机构和企业都推出了数字孪生相关的研究课题。

从那时起，数字孪生 的概念在互联网和业界一直流行到今天。

数字孪生 的值

刚造了一个数字孪生体数字孪生包括哪几类，怎么能说会影响到第四次工业革命的发展呢？它能给传统行业带来什么好处？

让我们用一个案例来解释一下。

工业制造

数字孪生起源于工业制造领域。工业制造也是数字孪生 的主要战场。

生产过程 数字孪生 模型（图片由德勤大学出版社提供）

前面我们在介绍数字孪生这个概念的时候，其实也提到了这个内容。

在产品开发过程中，数字孪生可以虚拟建立产品的数字模型，进行仿真测试验证。在生产过程中，可以模拟设备的运行情况，以及参数调整带来的变化。

数字孪生可以有效提高产品的可靠性和可用性，同时降低产品开发和制造风险。

在维护阶段，数字孪生 也可以发挥重要作用。

如前所述，美国空军提出 数字孪生 以帮助更好地维护战斗机。

使用数字孪生技术，通过对运行数据的持续采集和智能分析，可以预测维修工作的最佳时间点，也可以为维修周期提供参考依据。数字孪生 正文还可以提供对故障点和故障概率的参考。

数字孪生为工业制造带来明显的效率提升和成本降低，让几乎所有工业巨头都蜂拥而至。

以通用汽车公司为例。他们声称已经为每台发动机、每台涡轮机、每台 MRI 制造了一个 数字孪生 车身（截至 2018 年，通用电气拥有 120 万个 数字孪生 车身）。

图片来自GE官网

通过这些逼真的数字模型，工程师可以在虚拟空间中进行调试和实验，从而使机器运行最佳。

国内很多工业科技公司也部署了数字孪生技术，包括树根互联、研华、软通动力等。

智慧城市

除了工业制造，数字孪生与5G和智慧城市有着非常密切的关系。

我们知道，5G将迎来“万物互联”时代，将人机连接技术带到了前所未有的高度。

未来，在5G的支持下，云端和终端之间可以建立更紧密的连接。这意味着将收集更多数据并将其汇集在一起​​。

这些数据可以帮助构建更强大的 数字孪生 实体。例如，一个 数字孪生 城市。

今天，我们的城市充满了各种传感器、摄像头。借助包括5G在内的物联网技术，这些终端收集的数据可以更快地被提取出来。

在一个数字孪生城市中，通过传感器、摄像头和摄像头采集基础设施（水、电、气、交通等）的运行状态和市政资源（警察、医疗、消防等）的部署情况。数字子系统，并通过包括 5G 在内的物联网技术交付到云端。

城市管理者基于这些数据和城市模型，建立数字孪生 机构来更有效地管理城市。

与工业制造的“产品生命周期”相比，城市的“生命周期”更长，数字孪生带来的回报更大。当然，城市 数字孪生 也更难部署。

事实上，印度的海得拉巴和新加坡，以及中国的深圳和雄安虚拟仿真 ，已经在探索和尝试。大量投资正涌向“智慧城市+数字孪生”的应用场景。

虚拟新加坡计划

腾讯的WeCity、微灵、阿里的“城市大脑”、科大讯飞的“讯飞超大脑”都涉及到智慧城市与数字孪生的结合。

基础设施工程

基础设施工程也是 数字孪生 的一个重要应用领域。尤其对于中国这个“基础设施狂魔”来说，数字孪生的引入更是意义非凡。

在建设高速公路、桥梁等基础设施之前，我们先完成项目的数字化建模，然后在虚拟数字空间中对项目进行仿真模拟，对项目的结构和承载能力进行评估。我们也可以导入流量数据来评估项目投入使用后是否能够满足需求。

项目交付后，还可以在维护阶段评估项目是否能够承受特殊情况的压力。并监控可能发生的事故隐患。

除了上述领域，包括医疗、物流、环保等很多场景都适合使用数字孪生技术数字孪生包括哪几类，应用场景非常广泛。

结语

总而言之，数字孪生是一项非常有前景的前沿技术，将为企业带来巨大的价值回报。

正因为如此，不少投资机构趁机炒作数字孪生的概念，不少企业也迫不及待地拥抱数字孪生。

据全球知名咨询公司年初调查显示，13%部署物联网的企业和组织已经申请数字孪生，62%的组织准备使用数字孪生。

GARtner 还将 数字孪生 列为 2019 年十大战略技术趋势。

但是，我们还是应该理性对待数字孪生。

拥抱数字孪生，不仅需要深厚的技术沉淀，更需要巨大的资金投​​入，以及相应水平的管理和员工技能。

现阶段，国内大部分企业不具备此条件。如果盲目跟风，贸然入市，投资很可能会亏本。

相对而言，潜心研究、客观评价、谨慎投入才是打开数字孪生世界的正确姿势。

好了，今天的内容就到这里了，感谢大家的耐心阅读VR系统 ，我们下期再见！

参考：

1.《工业4.0与数字孪生》，德勤

2. 数字孪生 主体是谁提出的？》，工业4.0研究院

3、《数字孪生：为城市和你打造虚拟副本》，陈龙

4. 《数字孪生：创造活力产品，重塑客户体验》，埃森哲