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什么是數(shù)字孿生

數(shù)字孿生（Digital Twin）的概念最早是由密西根大學(xué)的Michael Grieves教授在其2002年發(fā)表的一篇文章中提出的。目前，對于數(shù)字孿生的通用定義為：充分利用物理模型、傳感器更新、運行歷史等數(shù)據(jù)，集成多學(xué)科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過程，在虛擬空間中完成映射，從而反映相對應(yīng)的實體裝備的全生命周期過程。我們將上述定義中一些復(fù)雜的技術(shù)性概念剔除掉后，可以將其簡化為：數(shù)字孿生完成的是現(xiàn)實世界中物理模型在虛擬空間的映射。

我們可以用照鏡子的例子來更加形象地加以描述：數(shù)字孿生就好比是一面“鏡子”，它通過各種感知技術(shù)采集現(xiàn)實世界中物理模型的各種數(shù)據(jù)，然后根據(jù)這些數(shù)據(jù)，通過數(shù)字技術(shù)在虛擬空間中投影出一個和該物品完全一模一樣的實體。但和通過現(xiàn)實世界中的鏡子我們只能看到物品的外觀不同，通過數(shù)字孿生這面“鏡子”我們還能看到該物品內(nèi)部的構(gòu)造，而且在這面“鏡子”中物品是立體的，甚至是可以“觸碰”的。不僅如此，我們還能通過這面“鏡子”實時觀察物品內(nèi)部的運行情況，監(jiān)控各種運行參數(shù)。比如我們使用數(shù)字孿生映射了一臺汽車，并在我們的數(shù)字設(shè)備中進(jìn)行了可視化，我們得到了和這臺汽車無論外形還是內(nèi)部構(gòu)造都一模一樣的數(shù)字實體，由于在運行過程中，這臺汽車和它的數(shù)字實體中的各個汽車零部件的運行參數(shù)是實時同步的，我們便可以使用這個數(shù)字實體來實時監(jiān)控我們汽車的健康狀況，甚至可以通過修改數(shù)字實體來達(dá)到修改汽車實際運行參數(shù)的目的。

目前，數(shù)字孿生還是一個較新的概念，還處于發(fā)展的早期階段，離我們描述中的場景還有較遠(yuǎn)的路要走，結(jié)合當(dāng)前5G、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能等高新技術(shù)的發(fā)展趨勢來看，數(shù)字孿生未來將在工業(yè)制造、智能家居和智能醫(yī)療等領(lǐng)域有較大的應(yīng)用場景。

數(shù)字孿生與工業(yè)制造

在未來，數(shù)字孿生無疑會為工業(yè)制造領(lǐng)域帶來巨大的變革，任何一個產(chǎn)品在其設(shè)計和研發(fā)之初，便使用數(shù)字孿生技術(shù)構(gòu)建一個與之完全對應(yīng)的數(shù)字實體，這個數(shù)字會伴隨這個產(chǎn)品生產(chǎn)制造、上線運行的整個生命周期，方便生產(chǎn)者和使用者對其整個生命期中，各個重要部件和參數(shù)的實時監(jiān)控以及運維管理。我們以一架飛機的制造為例加以說明：在一架飛機的設(shè)計階段，可以使用數(shù)字孿生并結(jié)合以往的歷史數(shù)據(jù)來設(shè)計飛機的結(jié)構(gòu)和模型，并通過模擬實驗來驗證相關(guān)的設(shè)計在各種環(huán)境下的性能;在生產(chǎn)階段則可以利用數(shù)字孿生技術(shù)實時監(jiān)控各項生產(chǎn)指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)問題時可以及時調(diào)整生產(chǎn)策略，從而提高生產(chǎn)的效率和質(zhì)量;當(dāng)飛機交付運行后則可以利用數(shù)字孿生技術(shù)來實時監(jiān)控飛機的運行情況，從而幫助運維人員制定更好的運維策略。實際上，當(dāng)前已經(jīng)有很多制造行業(yè)（如：汽車、飛機等）開始引入簡單的數(shù)字孿生技術(shù)來提高產(chǎn)品制造的效率和質(zhì)量。波音首席執(zhí)行官Dennis Muilenburg就曾明確表示：“數(shù)字孿生技術(shù)讓飛機的質(zhì)量提升了 40%-50%，我們依然處于這項技術(shù)很早期的階段。相信未來，數(shù)字孿生和工業(yè)制造一定能擦出更多火花?！?/p>

數(shù)字孿生與智能生活

隨著物聯(lián)網(wǎng)、5G、人工智能的興起，我們的家居生活將變得越來越智能;數(shù)字孿生將為智能家居中的各種智能家用設(shè)備（如：智能電視、智能冰箱、智能掃地機器人等）的統(tǒng)一管理提供較好的解決方案。數(shù)字孿生技術(shù)將為這些智能設(shè)備的管理提供一個“所見即所得”的管理方式，從而使得智能家居更加智能和高效。

在未來，我們可能一出生便會有一個和自己一模一樣的數(shù)字孿生體，這個孿生體將和我們一起成長，通過它我們可以實時了解自己的身體情況：心跳速率、血壓、疾病情況等。從而方便我們根據(jù)身體的實際情況制定相關(guān)的飲食方案以及運動計劃。此外，當(dāng)身體出現(xiàn)狀況時，會及時通知我們，并為我們提供身體機能的歷史數(shù)據(jù)，方便我們及時就醫(yī)并制定相關(guān)的治療方案。

目前來看，數(shù)字孿生還是襁褓中的嬰兒，但長遠(yuǎn)來看，其未來必將改變我們工作和生活的方方面面。