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致力于數(shù)字孿生體技術(shù)的研究與發(fā)展

通過(guò)解決方案和工程化應(yīng)用造福人類(lèi)

來(lái)源：安世亞太與數(shù)字孿生體原創(chuàng)

作者：田鋒

轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明來(lái)源和出

導(dǎo)  讀

數(shù)字孿生體技術(shù)白皮書(shū)由兩部分組成：

第一部分關(guān)注對(duì)數(shù)字孿生體的抽象和總結(jié)。無(wú)論是參考架構(gòu)、成熟度模型還是關(guān)鍵技術(shù)，都以“放之四海皆準(zhǔn)”為原則。

第二部分關(guān)注數(shù)字孿生體的應(yīng)用場(chǎng)景，在工業(yè)、產(chǎn)業(yè)、民生和軍事四個(gè)領(lǐng)域選擇了最關(guān)鍵的場(chǎng)景做了實(shí)例化論述：數(shù)字孿生制造、數(shù)字孿生產(chǎn)業(yè)、數(shù)字孿生城市和數(shù)字孿生戰(zhàn)場(chǎng)。

本文節(jié)選自白皮書(shū)——數(shù)字孿生體成熟度模型中的部分內(nèi)容，關(guān)于數(shù)字孿生體更完整的技術(shù)體系和應(yīng)用實(shí)例化論述，敬請(qǐng)關(guān)注即將正式發(fā)布的《數(shù)字孿生體技術(shù)白皮書(shū)》。

不論是否有人提出，或者你認(rèn)不認(rèn)可，即將過(guò)去的2019年已經(jīng)成為事實(shí)上的“數(shù)字孿生年”。數(shù)字孿生體概念一方面炙手可熱，一方面還有許多空白和待定領(lǐng)域，其成熟度模型就是其中一個(gè)。

數(shù)字孿生體，廣義上是由物理對(duì)象、數(shù)字鏡像及互動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)成的一個(gè)體系，狹義上是物理對(duì)象的數(shù)字鏡像，參考架構(gòu)則需要包含數(shù)字鏡像和交互系統(tǒng)。但無(wú)論如何，數(shù)字孿生體已經(jīng)超越了現(xiàn)有的數(shù)字化、物聯(lián)網(wǎng)、仿真、大數(shù)據(jù)、人工智能、云計(jì)算等的任何一個(gè)概念。圖1不代表最終的參考架構(gòu)，但卻是一個(gè)體現(xiàn)以上三者關(guān)系的簡(jiǎn)潔邏輯圖。

圖1 數(shù)字孿生體系的邏輯

數(shù)字孿生體不僅僅是物理世界的鏡像，也要接受物理世界實(shí)時(shí)信息，更要反過(guò)來(lái)實(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)物理世界，而且進(jìn)化為物理世界的先知、先覺(jué)甚至超體。這個(gè)演變過(guò)程稱(chēng)為成熟度進(jìn)化，即一個(gè)數(shù)字孿生體的生長(zhǎng)發(fā)育將經(jīng)歷數(shù)化、互動(dòng)、先知、先覺(jué)和共智等幾個(gè)過(guò)程，如圖2所示。

圖2 數(shù)字孿生體成熟度模型

“數(shù)化”是對(duì)物理世界數(shù)字化的過(guò)程。這個(gè)過(guò)程需要將物理對(duì)象表達(dá)為計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)所能識(shí)別的數(shù)字模型。建模技術(shù)是數(shù)字化的核心技術(shù)之一，譬如測(cè)繪掃描、幾何建模、網(wǎng)格建模、系統(tǒng)建模、流程建模、組織建模等技術(shù)。數(shù)字線程技術(shù)是數(shù)字化的另一項(xiàng)核心技術(shù)。物理對(duì)象在生命周期的不同階段具有不同的數(shù)字化模型，這些模型之間的關(guān)聯(lián)需要通過(guò)數(shù)字線程來(lái)實(shí)現(xiàn)。

“互動(dòng)”主要是指物理對(duì)象和數(shù)字對(duì)象之間的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)互動(dòng)。物聯(lián)網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)虛實(shí)之間互動(dòng)的核心技術(shù)。利用物聯(lián)網(wǎng)，物理世界的狀態(tài)可以被計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)所能感知、識(shí)別和分析，這些狀態(tài)包括位置、屬性和性能等。數(shù)字世界的責(zé)任之一是預(yù)測(cè)和優(yōu)化，同時(shí)根據(jù)優(yōu)化結(jié)果干預(yù)物理世界，所以需要將指令傳遞到物理世界。物理世界的新?tīng)顟B(tài)需要實(shí)時(shí)傳導(dǎo)到數(shù)字世界，作為數(shù)字世界的新初始值和新邊界條件。

“先知”是指利用仿真技術(shù)對(duì)物理世界的動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)。這需要數(shù)字對(duì)象不僅表達(dá)物理世界的幾何形狀，更需要在數(shù)字模型中融入物理規(guī)律和機(jī)理。仿真技術(shù)不僅建立物理對(duì)象的數(shù)字化模型，還要根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)，通過(guò)物理學(xué)規(guī)律和機(jī)理來(lái)計(jì)算、分析和預(yù)測(cè)物理對(duì)象的未來(lái)狀態(tài)。這種仿真不是對(duì)一個(gè)階段或一種現(xiàn)象的仿真，應(yīng)是全周期和全領(lǐng)域的動(dòng)態(tài)仿真。

如果說(shuō)“先知”是依據(jù)物理對(duì)象的確定規(guī)律和完整機(jī)理來(lái)預(yù)測(cè)數(shù)字孿生體的未來(lái)，那“先覺(jué)”就是依據(jù)不完整的信息和不明確的機(jī)理通過(guò)工業(yè)大數(shù)據(jù)和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)來(lái)預(yù)感未來(lái)。如果要求數(shù)字孿生體越來(lái)越智能和智慧，就不應(yīng)局限于人類(lèi)對(duì)物理世界的確定性知識(shí)。其實(shí)人類(lèi)本身就不是完全依賴(lài)確定性知識(shí)而領(lǐng)悟世界的。

“共智”是通過(guò)云計(jì)算技術(shù)實(shí)現(xiàn)不同數(shù)字孿生體之間的智慧交換和共享，其隱含的前提是單個(gè)數(shù)字孿生體內(nèi)部各構(gòu)件的智慧首先是共享的。所謂“單個(gè)”數(shù)字孿生體是人為定義的范圍，多個(gè)數(shù)字孿生單體可以通過(guò)“共智”形成更大和更高層次的數(shù)字孿生體，這個(gè)數(shù)量和層次可以是無(wú)限的。眾多數(shù)字孿生體在“共智”過(guò)程中必然存在大量的數(shù)字資產(chǎn)的交易，區(qū)塊鏈則提供了最佳交易機(jī)制。

表  數(shù)字孿生體成熟度模型、特征和關(guān)鍵技術(shù)

田鋒，安世亞太公司高級(jí)副總裁，國(guó)家工業(yè)軟件與先進(jìn)設(shè)計(jì)研究院常務(wù)副院長(zhǎng)，北京市綜合仿真實(shí)驗(yàn)室主任，數(shù)字孿生體實(shí)驗(yàn)室主任。

作者擁有二十多年研發(fā)、技術(shù)、管理與咨詢(xún)經(jīng)歷，為近百家企業(yè)提供研發(fā)體系規(guī)劃、建設(shè)和研發(fā)信息化咨詢(xún)，是中國(guó)航空三大主機(jī)所、船舶工業(yè)某研究院、中國(guó)中車(chē)等企業(yè)的精益研發(fā)、知識(shí)工程、仿真體系建設(shè)項(xiàng)目總設(shè)計(jì)師，著有工業(yè)與智能制造熱門(mén)圖書(shū)《精益研發(fā)2.0》、《知識(shí)工程2.0》。