數(shù)字孿生體技術(shù)白皮書由兩部分組成：

第一部分關(guān)注對數(shù)字孿生體的抽象和總結(jié)。無論是參考架構(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)用場景，在工業(yè)、產(chǎn)業(yè)、民生和軍事四個領(lǐng)域選擇了最關(guān)鍵的場景做了實例化論述：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。

下文節(jié)選自白皮書——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)用實例化論述，敬請關(guān)注即將正式發(fā)布的《數(shù)字孿生體技術(shù)白皮書》。

不論是否有人提出，或者你認(rèn)不認(rèn)可，即將過去的2019年已經(jīng)成為事實上的“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。

數(shù)字孿生體，廣義上是由物理對象、數(shù)字鏡像及互動系統(tǒng)構(gòu)成的一個體系，狹義上是物理對象的數(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、云計算等的任何一個概念。圖1不代表最終的參考架構(gòu)，但卻是一個體現(xiàn)以上三者關(guān)系的簡潔邏輯圖。

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時信息，更要反過來實時驅(qū)動物理世界，而且進化為物理世界的先知、先覺甚至超體。這個演變過程稱為成熟度進化，即一個數(shù)字孿生體的生長發(fā)育將經(jīng)歷數(shù)化、互動、先知、先覺和共智等幾個過程，如圖2所示。

圖2 數(shù)字孿生體成熟度模型

1. 數(shù)化

“數(shù)化”是對物理世界數(shù)字化的過程。這個過程需要將物理對象表達為計算機和網(wǎng)絡(luò)所能識別的數(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)字化的另一項核心技術(shù)。物理對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)需要通過數(shù)字線程來實現(xiàn)。

2. 互動

“互動”主要是指物理對象和數(shù)字對象之間的實時動態(tài)互動。物聯(lián)網(wǎng)是實現(xiàn)虛實之間互動的核心技術(shù)。利用物聯(lián)網(wǎng)，物理世界的狀態(tài)可以被計算機和網(wǎng)絡(luò)所能感知、識別和分析，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)測和優(yōu)化，同時根據(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。物理世界的新狀態(tài)需要實時傳導(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。

3. 先知

“先知”是指利用仿真技術(shù)對物理世界的動態(tài)預(yù)測。這需要數(shù)字對象不僅表達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)律和機理。仿真技術(shù)不僅建立物理對象的數(shù)字化模型，還要根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)，通過物理學(xué)規(guī)律和機理來計算、分析和預(yù)測物理對象的未來狀態(tài)。這種仿真不是對一個階段或一種現(xiàn)象的仿真，應(yīng)是全周期和全領(lǐng)域的動態(tài)仿真。

4. 先覺

如果說“先知”是依據(jù)物理對象的確定規(guī)律和完整機理來預(yù)測數(shù)字孿生體的未來，那“先覺”就是依據(jù)不完整的信息和不明確的機理通過工業(yè)大數(shù)據(jù)和機器學(xué)習(xí)技術(shù)來預(yù)感未來。如果要求數(shù)字孿生體越來越智能和智慧，就不應(yīng)局限于人類對物理世界的確定性知識。其實人類本身就不是完全依賴確定性知識而領(lǐng)悟世界的。

5. 共智

“共智”是通過云計算技術(shù)實現(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”數(shù)字孿生體是人為定義的范圍，多個數(shù)字孿生單體可以通過“共智”形成更大和更高層次的數(shù)字孿生體，這個數(shù)量和層次可以是無限的。眾多數(shù)字孿生體在“共智”過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制。

表 數(shù)字孿生體成熟度模型、特征和關(guān)鍵技術(shù)

作者介紹：

田鋒，安世亞太公司高級副總裁，國家工業(yè)軟件與先進設(shè)計研究院常務(wù)副院長，北京市綜合仿真實驗室主任，數(shù)字孿生體實驗室主任。

作者擁有二十多年研發(fā)、技術(shù)、管理與咨詢經(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，是中國航空三大主機所、船舶工業(yè)某研究院、中國中車等企業(yè)的精益研發(fā)、知識工程、仿真體系建設(shè)項目總設(shè)計師，著有工業(yè)與智能制造熱門圖書《精益研發(fā)2.0》、《知識工程2.0》。

關(guān)于數(shù)字孿生體實驗室：

數(shù)字孿生是仿真應(yīng)用的巔峰。作為中國最大的仿真公司，安世亞太宣布設(shè)立數(shù)字孿生體實驗室。這是一家仿真公司跨入智能制造時代最優(yōu)美的姿勢。

數(shù)字孿生體實驗室將致力于對數(shù)字孿生技術(shù)的研究與發(fā)展，并將這些技術(shù)形成有價值的解決方案，通過工程化應(yīng)用造福人類。

歡迎大家關(guān)注：數(shù)字孿生體實驗室訂閱號(DigiTwinLba)

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