第一和第二象限的穿梭
一個產(chǎn)品被數(shù)字化設(shè)計的過程，可以分解成各種顆粒度的數(shù)字模型。這些模型存在于一個世界，而物理產(chǎn)品和制造過程則存在于另外一個世界。這就是數(shù)字空間和物理空間的區(qū)別，二者可以看成是數(shù)學(xué)坐標(biāo)軸上第一象限和第二象限的區(qū)別。中間存在著一條虛實分界線。
設(shè)計完成之后，最終會有一個確定的數(shù)字模型包（比如EBOM），跨越這條隱線，進入制造環(huán)節(jié)（如上圖所示）。然而，這中間還有一個致命環(huán)節(jié)，就是物理樣機。物理樣機是一種信息資源阻塞而形成的昂貴過渡品。例如：一輛汽車在真正走向規(guī)模制造前，需要花費巨大的成本去做吹風(fēng)實驗。汽車會被安置在一個巨大的風(fēng)洞，通過強大的氣流來模擬擋風(fēng)玻璃、車體造型等阻力分布情況。而飛機、航天器的風(fēng)洞實驗則更是昂貴。
為了解決這個難題，在1989年，當(dāng)時的仿真公司MDI（后來被MSC收購）提出了“虛擬原型“的概念。而其他計算機輔助設(shè)計CAD廠家如歐特克、UG、達索系統(tǒng)等，都從各自角度提出了數(shù)字原型、主動樣機、數(shù)字樣機等概念。其中數(shù)字樣機DMU（DigitalMock-Up）的說法被廣泛使用。數(shù)字樣機的存在，大大減少了物理樣機的失敗性（有些時候干脆直接替代真實的樣機）。也因此成為一種代替物理的彩排，是工業(yè)軟件的一次大勝。它大大推動了用戶端的普及。當(dāng)人們開始采用數(shù)字樣機進行吹風(fēng)實驗的時候，成本開始大幅度降低。美國最著名的風(fēng)洞實驗室，蘭利實驗室的風(fēng)洞開機次數(shù)現(xiàn)在是越來越少。
物理樣機的客觀存在，成為一、二象限的天然鴻溝，數(shù)字樣機雖在一定程度上能緩解信息流問題，但卻無法應(yīng)對另一障礙的出現(xiàn)。
第三象限的產(chǎn)品孤兒
產(chǎn)品制造完畢之后，會交付給用戶使用。產(chǎn)品離開了第二象限，進入第三象限的用戶空間，這正是一個產(chǎn)品的正常歸宿，也是它實現(xiàn)價值的地方。然而，絕大部分產(chǎn)品，進入第三象限之后，就會跟制造廠家失去聯(lián)系。這種現(xiàn)象，可以被稱之為“產(chǎn)品孤兒”。它在第二象限由制造工廠生產(chǎn)，但它出廠進入第三象限之后，就基本與廠家無關(guān)——只有在故障需要質(zhì)保的時候，二者才重新搭建那未必愉快的連接。
產(chǎn)品孤兒，本質(zhì)上是因為信息流的斷裂而形成的。這種斷裂，是以用戶與制造商之間天然的鴻溝作為分界線。支付完成的一霎那，二者的連接強度立刻急劇下降。
這種最基本的產(chǎn)品流轉(zhuǎn)路徑和背后的信息流動，主宰了數(shù)千年的商品社會的模式，而半個多世紀以來的設(shè)計工具和軟件的大量使用，讓信息的流動變得越來越透明，信息流動不暢而導(dǎo)致物理資源的浪費也變得令人瞠目結(jié)舌，信息的價值開始備受人關(guān)注。
數(shù)字孿生的崛起
對信息的重視，正在迅速加強。有了信息、模型、軟件、數(shù)字樣機的概念作為鋪底，一種更容易理解、更親民的概念開始登場。
數(shù)字孿生被看成是“把物理系統(tǒng)的數(shù)字化信息，重新構(gòu)建成一個獨立體”。美國宇航局NASA在2010年發(fā)布的《模擬仿真技術(shù)路線圖》最早明確提出了數(shù)字孿生的概念。當(dāng)時NASA在火箭臺上開始應(yīng)用該技術(shù)：一臺火箭和它對應(yīng)的數(shù)字孿生，給予了人們直觀地想象，并且真正形成了工程價值。
然而，彼時的數(shù)字孿生，是一個昂貴的奢侈品，它只能在非常有限的場合下工作。再到后來，GE航空的發(fā)動機，將數(shù)字孿生進一步請下神殿，形成商業(yè)化應(yīng)用。在GE90的發(fā)動機引擎中，物理傳感器只有14個，但它構(gòu)建了數(shù)字孿生的模型。通過大量虛擬傳感器，和各種時序數(shù)據(jù)，形成了龐大的數(shù)據(jù)流并進行針對性的實時分析。發(fā)動機的遠程維護，變得更加可控，這是一個巨大而成功的商業(yè)模式。GE的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)概念因此名聲大噪。
這個例子讓我們注意到，數(shù)字孿生推廣應(yīng)用的背后，跟物聯(lián)網(wǎng)有莫大關(guān)聯(lián)。廉價傳感器的普及、數(shù)字化技術(shù)的深度覆蓋，讓連接幾乎無處不在。這也使得數(shù)字孿生，徹底擺脫了一個學(xué)術(shù)概念，成為舞臺中心的關(guān)鍵角色。
數(shù)字孿生跟傳統(tǒng)的模型、軟件，最大的不同在于，它是自生長的動態(tài)模型。如果能夠快速瀏覽一個數(shù)字孿生的全部壽命（這可能是幾分鐘，也可能是幾十年），或許可以看到它進化的痕跡，就像一閃而過的人類進化史。同樣，數(shù)字孿生，由于具備積累記錄、仿真優(yōu)化的能量，開始學(xué)會不斷增長?！度祟惡喪贰返淖髡吆绽岬剑赫J知革命（智人最早的起源階段）讓歷史從生物學(xué)中脫離而獨立的推動力，在此之前，所有人類的行為其實都是生物學(xué)的范疇。數(shù)字孿生當(dāng)然不具備生物體的特征，但如果以這種比喻的方式來看，可記錄能仿真，也使得數(shù)字孿生從模型范疇中進一步分離，二者有交叉，但也有更大的作用。
第四象限的新主人
產(chǎn)品的全生命周期（包括交付后的使用、運維直至報廢），一直是產(chǎn)品制造商非常重視的命題。但在以前，它的代價和成本往往都很高，只有少數(shù)高價值的產(chǎn)品才具有如此開發(fā)的必要性。
然而物聯(lián)網(wǎng)的普及，改變了這一局面。一個產(chǎn)品交付用戶之后，由于網(wǎng)絡(luò)的無處不再，數(shù)據(jù)傳輸?shù)谋憷裕粉櫼粋€實體以及根據(jù)它的模型進行仿真，都變得觸手可得。在用戶側(cè)出現(xiàn)了的數(shù)字空間的全新疆土、原本空蕩的第四象限，有了新主人——數(shù)字孿生。它既呼應(yīng)了物理產(chǎn)品的存在，同時也跟用戶的使用息息相關(guān)。安靜的第四象限，由于數(shù)字孿生的出現(xiàn)而變得熱鬧起來。
在沒有數(shù)字孿生之前，三個象限有兩個信息流通道：1、設(shè)計與制造之間是雙向通道，這是信息空間和物理空間的交互。2、制造與用戶之間，一般而言是單通道，產(chǎn)品制造的信息傳遞給用戶之后，就關(guān)閉了通道。產(chǎn)品處于“孤兒”無聯(lián)系的狀態(tài)。
而數(shù)字孿生在第四象限的出現(xiàn)，則新增了三條數(shù)據(jù)通道（如上圖所示）。一條是數(shù)字孿生與物理產(chǎn)品之間的交互：這是數(shù)字孿生的支點性定義。如果沒有這一點，數(shù)字孿生與它的前身——各種模型，就毫無差別。數(shù)字孿生之所以從模型堆里面脫穎而出，就是它具備了與物理實體的交互性、相似性，許多場合還具有實時性。
第二條信息通道，就是它將自身的線索，返回到了制造商的手中。這條通道的合法性，還有很多限制和討論。但制造商，終于可以擁有足夠的信號，收集產(chǎn)品的回音。這是一個里程碑性的對接，對于制造商改善產(chǎn)品的性能，意義重大。中國工業(yè)文明有缺陷之痛，其中一點就是制造商與用戶之間，無法形成友好而持續(xù)的互動。而數(shù)字孿生的出現(xiàn)，顛覆式的解決了這一千古難題。
第三條信息通道，是數(shù)字孿生指向了設(shè)計部門。它讓設(shè)計部門可以直接得到物理產(chǎn)品的動態(tài)信息：PTC曾經(jīng)展示了一個令人心熱的場景，那就是一輛自行車在穿越街道跨過小溪的時候，給設(shè)計部門傳遞回來的扭矩、胎壓等信息。一個設(shè)計師，終于可以最直接地看到，自己的想法如何在物理世界進行打拼。那應(yīng)該是一個無比自豪的時刻。
數(shù)字孿生，改變了人們對一個產(chǎn)品工況的期待：一輛汽車、一臺機器，即使個性化定制，但當(dāng)它離開工廠之后，都會呈現(xiàn)一種平均數(shù)的特點。原因很簡單，信息流在產(chǎn)品交付的一霎那，就被切斷了回路。制造商無法知道機器運行的實時情況。而數(shù)字孿生，讓個性化定制，進一步走向了應(yīng)用的定制化。實際上，個性化定用比個性化定制，更能體現(xiàn)用戶專有價值的實現(xiàn)。
我們很清楚，如果將全程的數(shù)據(jù)流打通，那么從第一象限到第四象限，就會形成一個源源不斷的數(shù)據(jù)流。這樣的數(shù)據(jù)流動，將成為是驅(qū)動產(chǎn)品設(shè)計的澎湃動力。而數(shù)字孿生在第四象限的崛起，使得整個數(shù)據(jù)流第一次在全生命周期內(nèi)形成徹底的閉環(huán)。這種信息交互與通訊的框架，保證了信息傳遞的準確與保真，意義非凡。
總結(jié)
客觀而言，數(shù)字孿生并不是真實世界的全部反應(yīng)。它只是描述世界的一種模型，或者說是一種高級模型。它比模型有更多的針對性和能動性。但它永遠只是對物理世界的一個局部模仿、一個隨動的模型、一個有缺陷的影子。它的終極目標(biāo)，就是向真實無限靠攏。這意味著，一個數(shù)字孿生的高保真度（HighFidelity）是一個關(guān)鍵命題。
健康的數(shù)字孿生，會有更好的保真度；而一個糟糕的數(shù)字孿生，會遠遠地偏離它的物理實體。它完全有可能給人們虛假的信息，這就是危險的數(shù)字孿生。決定數(shù)字孿生健康度的要素，就要看數(shù)字孿生是以何種方式被構(gòu)建出來。可惜，目前而言，數(shù)字孿生尚處在初級階段，沒有行業(yè)標(biāo)準。
所以，“第四象限”的主人，并沒有全部重構(gòu)物理產(chǎn)品的全部。恰恰相反，在絕大多數(shù)情況下，它是物理實體大量裁剪后的高濃縮簡版。一臺上千個零部件的機器，會被不同的用戶裁剪成不同的顆粒度，也許只有幾個零部件，進入數(shù)字孿生的世界。數(shù)字孿生，天生就是一個不完整的存在。
然而，它還是熱烈的來了。因為，數(shù)字孿生是數(shù)據(jù)的全新分發(fā)中心，它讓一個三象限世界，終于變成一個完美對稱的四象限世界。而產(chǎn)品的全生命周期的數(shù)據(jù)流，終于可以形成一個有價值的閉環(huán)。這，才是第四象限的崛起的真正含義。
