摘要

Digital Twin最近幾年比較火，被Gartner連續三年評為熱門行業。借助這篇文章，我從Digital Twin的三個方面（由來、組成要素和功能簡述）談談我對數字孿生的初步認識。

由來

“Digital Twin”的中文名是“數字孿生”，最早于2011年3月被美國空軍研究實驗室（AFRL，Air Force Research Laboratory）在一次演講中提出。同時，美國國家航空航天局（NASA）開始關注數字孿生。美國國防部與美國通用電氣將數字孿生用到于工業數字化，嘗試構建工業互聯網體系。

AFRL把數字孿生作為一個創新工具，構建飛機維護數字化，解決飛機維護問題。數字孿生產生初期的核心價值并不是簡單的仿真功能。要更好認識數字孿生，先了解下數字孿生的四要素。

四要素

01.模型

雖然仿真模型不是數字孿生的全部，但卻是數字孿生的基礎和出發點。在真實世界，物體是通過人類的感知器官被識別的，但是計算機并沒有人類的感知能力。需要通過數字化建模，建立真實世界物體的數據結構、元數據、功能模型和關鍵變量，以幫助計算機“認識”真實世界的對象。同樣，計算機系統存儲的字符型數據也難以被人類直觀地認識。人類和計算機之間需要借助虛擬仿真的模型，以建立對真實世界和數據世界的共同認知。

02.數據

模型好比是建筑的框架結構。基于模型，計算機能夠識別出該建筑是鋼筋混凝土框架結構、剪力墻結構、框架剪力墻結構、框架筒體結構或是筒體結構，能夠對真實世界的對象進行分類。相同的分類里面存在不同的對象，好比基于同樣的結構修建完成的建筑，每棟建筑都是獨一無二的。因為，不同的建筑在位置、空間、大小等方面的數據都不會完全相同。需要通過數據，進一步幫助計算機“認識”真實世界的對象。

模型加上數據就構成了數字世界的一個數字化對象。這個對象有外在的表現形式——3D模型，也有內在的信息——數據。

根據不同的來源，數據可以被分為來源于物體自身的數據和來源于相關物體的數據。物體自身的數據是直接依附于該物體的數據，比如長寬高、溫濕度、運行狀態、告警數據。相關物體的數據是間接數據，指直接依附于由關系物體的數據，比如天氣數據、上下游的供應鏈數據。

根據不同的變化頻率，數據可以被分為靜態數據和動態數據。靜態數據是不會隨時變化的數據，比如建筑的位置、高度數據，可以由人工初始定義。動態數據是可能隨時變化的數據，比如溫度、濕度、壓力、運行狀態，需要不斷地獲取最新的數據，可以通過傳感器或人工定時獲取。

03.映射

要在數字世界里面模擬真實世界，就需要建立數字對象與真實對象的映射關系。數字化對象與真實對象的映射關系是一對一的，并且是唯一的一對一。有了模型、數據，并且與真實對象映射之后，就為真實世界建立起了一個一模一樣的數字世界。用戶可以在數字世界里面看見真實世界的對象，包括一模一樣的外觀、一模一樣的空間位置分布、更加顯而易見的屬性信息和狀態信息。

04.接口

通過接口，數字世界可以將模型、數據等內容開放給外部系統，也可以獲取外部系統的數據，以實現數字世界系統與外部系統的數據交互。

功能

數字世界被構建起來后，人們可以利用算術模型、大數據分析、人工智能等技術手段，基于海量的真實世界產生的各類數據進行分析和試驗，以實現對真實世界未來的預測，或對歷史進行再現。

結論

數字孿生的概念被正式提出已有8年時間，已在智慧城市、智慧樓宇、智慧校園、智慧醫院智慧倉庫、智慧高鐵、智慧消防和智慧港口等方面開始應用。它可以幫助人們在計算機系統里呈現一模一樣真實世界，改變人們認識和管理世界的方式，甚至輔助人類突破真實世界的束縛，進行前所未有的探索和試驗。數字孿生是真實世界物理對象的數字化形態。

注釋說明：

注1：來源于工業4.0研究院分析

參考文獻：

1)“數字孿生體（Digital Twin）是誰提出的？”http://www.360doc.com/content/18/0702/21/22368478\_767201704.shtml

2)?Gartner,“china_summary_translation_ex_368081”,“magic_quadrant_for_industria_337297”