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• 什么是数字孪生
• 数字双胞胎的起源
• 数字双胞胎的价值
• 结束语

数字双胞胎(什么是数字双胞胎？)

今天小枣君要给大家介绍的是一个听起来很高大上的概念——数字双胞胎。

相信很多人都听说过数字双胞胎。近几年来，这个词的知名度不断上升，频繁出现在各大峰会论坛的演讲主题中，吸引了业内外的关注。

什么是数字孪生？是谁提出的？它会给我们的生活带来什么样的变化？

带着这些问题，让我们来看看今天的文章——

什么是数字孪生

数字孪生，英文叫Digital Twin，也叫数字地图和数字图像。

它的官方定义非常复杂，是这样的:

数字孪生是充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空中完成映射，从而反映相应物理设备的全生命周期过程。

看起来头晕，对吧？其实简单来说，数字孪生就是基于一个设备或系统，创建一个“克隆”的数字版本。

这个“克隆体”也被称为“数字孪生体”。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不能做吗？

其实不是。与设计图相比，数字孪生最大的特点是它是对物理对象的动态模拟(姑且称之为“本体”)。换句话说，数字双胞胎会移动。

此外，数字双胞胎不会随机“移动”。其“动”的基础来自本体的物理设计模型——深圳生活网、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，本体和外部环境条件的实时状态会在“孪生体”上重现。

如果需要改变系统设计，或者想知道系统在特殊外界条件下的反应，工程师可以对双胞胎进行“实验”。这样既避免了对本体的影响，又提高了效率，节约了成本。

除了“动”之外，理解数字双胞胎还需要记住三个关键词，即“全生命周期”、“实时/准实时”和“双向”。

数字孪生是一个起源于工业的概念。在工业制造领域，有一个词叫做“产品生命周期管理(PLM)”。相信很多人都听说过。

全生命周期意味着数字双胞胎可以贯穿产品的整个周期，包括设计、开发、制造、服务、维护甚至废品回收。不仅仅局限于帮助企业把产品做得更好，还要帮助用户更好的使用产品。

实时/准实时意味着本体和twin之间可以建立全面的实时或准实时连接。它们不是完全独立的，映射关系是实时的。

双向意味着本体和twin之间的数据流可以是双向的。不仅本体可以向双胞胎输出数据，双胞胎还可以向本体反馈信息。企业可以根据双胞胎反馈的信息对本体采取进一步的行动和干预。

数字双胞胎的起源

说到“数字双胞胎”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迈克尔·格里夫斯博士于2002年提出的。

迈克尔·格里夫斯博士

然而，没有书面文献或数据支持这一说法。

在2014年发表的一篇文章中，迈克尔·格里夫斯博士曾“追溯”到2002年在密歇根大学PLM中心的演讲，并提到了数字双胞胎等相关概念。他还“追溯”到2003年的一次高管培训，提出了“物理产品的数字等价物或数字孪生体”的概念。

然而，没有确凿的文献证据或图像数据。

真正有文献记载的“数字双胞胎”概念的支持者是美国人空 AFRL(空军研究实验室)。

AFRL标志

2011年3月，美国空军事研究实验室结构力学部的帕梅拉·a·科布林(Pamela A. Kobryn)和埃里克·j·图格尔(Eric J. Tuegel)发表了题为《基于条件的维修加结构完整性(CBM+Si)&:机体数字孪生体(state based maintenance+结构完整性&:战斗机机体数字孪生体)》的演讲，首次明确提到了数字孪生体。

当时，AFRL想把战斗机维修数字化，数字孪生是他们想出的一个创新方法。

当美国空陆军意识到数字孪生具有重大的现实意义时，另一家企业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

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，发现了数字双胞胎的价值。

不知道大家还记不记得小枣君之前的那篇关于工业4.0的文章。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)的主要驱动力。

当时，美国通用汽车一直致力于工业数字化以及如何构建工业互联网系统。显然，数字孪生对于工业4.0非常有用，可以说如鱼得水。

后来德国西门子(德国工业4.0的代表企业)拥抱数字孪生，视其为珍宝。

2015年左右，中国开始效仿。当时国内很多研究机构和企业，包括工业4.0研究院，都开始了与数字孪生相关的研究项目。

从那以后，数字双胞胎的概念在互联网和行业中变得流行起来，并且一直延续到今天。

数字双胞胎的价值

刚刚建成的数字孪生体，为什么要影响第四次工业革命的发展？它能给传统产业带来哪些好处？

让我们通过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战场。

生产过程的数字孪生模型(图片来自德勤大学出版社)

前面介绍数字双胞胎的概念时，其实提到了这一块的内容。

在产品研发过程中，数字孪生可以虚拟构建产品的数字模型，并进行仿真测试和验证。在制造过程中，它可以模拟设备的运行和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的风险。

在维护阶段，数字孪生也可以发挥重要作用。

如前所述，美国空陆军提出了数字结对，以帮助更好地维护战斗机。

利用数字孪生技术，通过对运行数据的不断采集和智能分析，可以预测深圳维修工作的最佳时间点，也为维修周期提供参考。数字孪生还可以为故障点和故障概率提供参考。

数字孪生给工业制造带来了明显的效率提升和成本降低，使得几乎所有的工业巨头都趋之若鹜。

以美国通用公司为例。他们声称已经为每个发动机、涡轮和磁共振成像创建了一个数字双胞胎(到2018年，通用电气有120万个数字双胞胎)。

图片来自ge官网

通过这些虚拟数字模型，工程师可以在virtual 空中进行调试和实验，可以使机器运行得最好。

国内很多工业科技企业也布局了数字孪生技术，包括树根互联、研华、iSoftStone等。

智慧城市

除了工业制造，数字孪生也与5G、智慧城市息息相关。

众所周知，5G将开启“万物互联”的时代，这使得人类的连接技术达到了前所未有的高度。

未来，在5G的支持下，云与端之间可以建立更紧密的连接。这意味着将收集更多的数据，并一起收集。

这些数据可以帮助构建一个更强大的数字孪生体。例如，一个数字孪生城市。

如今，我们的城市充满了各种传感器和摄像头。借助包括5G在内的物联网技术，可以更快地提取这些终端收集的数据。

在数字孪生城市中，基础设施(水、电、气、交通等)的运行状况。)和市政资源(警力、医疗、消防等)的部署。)将通过传感器、摄像头和数字子系统进行采集，并通过包括5G在内的物联网技术传输到云端。

城市管理者基于这些数据和城市模型，构建数字孪生体，以更高效地管理城市。

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，部署城市数字孪生更难。

事实上，海得拉巴、新加坡、印度、深圳和中国雄安都已经在这方面进行了探索和尝试。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

阿里的“城市大脑”、“数字平行世界”、科大讯飞的“讯飞超级大脑”，都涉及到智慧城市与数字孪生的结合。

施工工程

基建也是数字孪生的重要应用领域。尤其是对于“基建狂热者”中国来说，数字双胞胎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，然后在虚拟数字空中对项目进行模拟仿真，评估项目的结构和承载能力，同时也导入流量数据，评估项目投入使用后是否能够满足需求。

项目交付后，还可以评估项目在维护阶段是否能承受特殊情况的压力。并监控潜在事故。

除了上述领域，包括医疗、物流、环保在内的很多场景都适合采用数字孪生技术，应用场景非常广泛。

结束语

总之，数字孪生是一项极具潜力的前沿技术，将为企业带来丰厚的价值回报。

正因如此，不少投资机构借机挑起数字双胞胎的概念，不少企业迫不及待地拥抱数字双胞胎。

全球知名咨询公司Gartner在2019年初进行的一项调查显示，部署物联网的企业和组织中，有13%应用了数字孪生，62%的组织准备使用数字孪生。

Gartner还将数字双胞胎列为2019年十大战略技术趋势。

但是，我们应该理性对待数字双胞胎。

拥抱数字双胞胎不仅需要深厚的技术沉淀，还需要巨大的资金投入，以及相应的管理水平和员工技能。

现阶段国内大部分企业都不具备这个条件。如果你盲目跟风，贸然创业，你的投资很可能会血本无归。

相对而言，潜心研究、客观评价、谨慎投资才是开启数字孪生世界的正确姿态。

好了，今天就到这里。谢谢你的耐心。下次见！

参考文献:

1.德勤，工业4.0和数字孪生

2.数字孪生是谁提出的？”，工业4.0研究院

3.《数字孪生:为城市和你打造虚拟副本》，深圳生活网，陈龙

4.数字结对:创造重要产品和重塑客户体验，埃森哲

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