眼球經(jīng)濟是依靠吸引公眾注意力獲取經(jīng)濟收益的一種經(jīng)濟活動，我相信很多人并不熟諳如何把公眾注意力轉(zhuǎn)化為Money，但在增強或減弱公眾注意力這個問題上，絕大多數(shù)人的選擇都趨于一致。所以當一項技術(shù)產(chǎn)生的開始，會出現(xiàn)大量的專家，站在不同的角度，不同的立場，對新技術(shù)進行詮釋或是重新定義技術(shù)的外延和內(nèi)涵。
01
從業(yè)十幾年，和很多客戶一起探索如何提升企業(yè)研發(fā)能力，國外的企業(yè)我不知道，但是中國這塊土地上，我確信沒有一家企業(yè)真正的建立起系統(tǒng)的數(shù)字孿生技術(shù)架構(gòu)。而當“數(shù)字孿生”逐漸成了一個時髦的名詞時，也涌現(xiàn)出一大批關(guān)于數(shù)字孿生的技術(shù)專家，寫過很多相關(guān)的文章，對數(shù)字孿生技術(shù)的外延和內(nèi)涵也不盡相同。
數(shù)字孿生（Digital Twin）最早應該追溯到NASA的John Vickers對物理實體和其數(shù)字鏡像的命名。而其概念的來源，業(yè)界一般認為，是由密西根大學Michael Grieves教授于2002年針對產(chǎn)品全生命周期管理(PLM)提出的，當初并不叫Digital Twin，而是叫鏡像空間模型 (Mirrored Space Model, MSM)。
工業(yè)仿真軟件巨頭ANSYS對數(shù)字孿生的定義：“從高層次來說，它是創(chuàng)造物理對象的數(shù)字化表達形式；從根本上講，它是為真實世界的資產(chǎn)設(shè)備創(chuàng)建數(shù)字模型，并將實際的性能數(shù)據(jù)與企業(yè)所擁有的與該特定資產(chǎn)設(shè)備有關(guān)的整套數(shù)字信息充分結(jié)合。”
圖一 Digital Twin（圖片來源，ANSYS）
ANSYS趨向用數(shù)字化技術(shù)去動態(tài)鏡像真實世界的資產(chǎn)設(shè)備，以期預測和優(yōu)化資產(chǎn)設(shè)備的運行狀態(tài)并提供預警。ANSYS期望使用數(shù)字原型和數(shù)字探索技術(shù)，不僅僅在產(chǎn)品的研發(fā)范疇，更要逐漸擴展到依托仿真驅(qū)動的工程領(lǐng)域。CAE在傳統(tǒng)上一直被用于產(chǎn)品開發(fā)和虛擬實驗，而結(jié)合數(shù)字孿生技術(shù)，CAE將在整個產(chǎn)品的生命周期過程中，發(fā)揮其蘊藏的巨大價值。
2007年，工業(yè)自動化巨頭西門子收購了PLM軟件UGS，從此一直沒有停止并購的腳步，其背后的重要原因之一，也是因為西門子深刻認識到數(shù)字孿生的價值。西門子把數(shù)字孿生分成三大部分，產(chǎn)品數(shù)字孿生，生產(chǎn)數(shù)字孿生和設(shè)備數(shù)字孿生。西門子認為：數(shù)字孿生技術(shù)是“將帶有三維數(shù)字模型的信息拓展到整個生命周期中的影像技術(shù)，最終實現(xiàn)虛擬與物理數(shù)據(jù)同步和一致”，它可以“發(fā)現(xiàn)潛在問題、激發(fā)創(chuàng)新思維、不斷追求優(yōu)化進步”。“數(shù)字孿生技術(shù)幫助企業(yè)在實際投入生產(chǎn)之前即能在虛擬環(huán)境中優(yōu)化、仿真和測試，在生產(chǎn)過程中也可同步優(yōu)化整個企業(yè)流程。”
圖二（圖片來源，西門子）
西門子按照產(chǎn)品的生命周期，從研發(fā)，生產(chǎn)及產(chǎn)品使用的角度，去定義數(shù)字孿生技術(shù)，實際上是沿用信息化的概念，產(chǎn)品數(shù)字孿生是把實驗室搬進電腦，生產(chǎn)數(shù)字孿生是把工廠搬進電腦，設(shè)備數(shù)字孿生是把產(chǎn)品維護搬進電腦。而原先的這幾個系統(tǒng)相對獨立，形成信息孤島，西門子通過系統(tǒng)整合，使得產(chǎn)品相關(guān)數(shù)據(jù)在產(chǎn)品的整個生命周期中保持統(tǒng)一，把原先相對孤立的信息化子系統(tǒng)連接起來，消滅信息孤島，再輔助云計算，大數(shù)據(jù)，虛擬現(xiàn)實等技術(shù)，從而形成一個完整的閉環(huán)系統(tǒng)，使得企業(yè)的整體智能化運營成為可能。
而另一個PLM軟件巨頭達索在詮釋數(shù)字孿生時則更注重于知識管理。達索認為，無論時什么行業(yè)的產(chǎn)品，都可以通過數(shù)字孿生技術(shù)建立虛擬世界的產(chǎn)品設(shè)計模型，從而優(yōu)化物理世界的產(chǎn)品實體。
圖三 (圖片來源，達索)
達索3D EXPERIENCE平臺利用知識管理和相應專業(yè)技術(shù)將所有技術(shù)和功能集成到統(tǒng)一的數(shù)字化系統(tǒng)當中以應對日趨復雜的創(chuàng)新挑戰(zhàn)，實現(xiàn)從概念設(shè)計，詳細設(shè)計，生產(chǎn)制造直至產(chǎn)品維護、回收等產(chǎn)品的全生命周期的數(shù)字連續(xù)性，企業(yè)集成該平臺的應用，創(chuàng)建數(shù)字孿生，從整個生態(tài)系統(tǒng)中獲取創(chuàng)新動力和專業(yè)知識，從而評估和預測工業(yè)資產(chǎn)的績效，并以智能化的方式幫助企業(yè)優(yōu)化自身的運營。
02
盡管角度不同，概念上也存在一些差異，但是我們可以提取出數(shù)字孿生技術(shù)的幾個重要的關(guān)鍵詞：仿真，集成，全生命周期，創(chuàng)新，智能化。
也就是說數(shù)字孿生技術(shù)最終指向的是企業(yè)智能化，在這個點上，所有對數(shù)字孿生的定義都是一致的。
而企業(yè)智能化的定義和數(shù)字孿生一樣，也有不同的外延和內(nèi)涵。我們現(xiàn)在也無法給出企業(yè)智能化的一個準確定義，盡管如此，業(yè)內(nèi)在企業(yè)智能化水平?jīng)Q定企業(yè)的未來這一論斷上，毫不懷疑。
百度制造業(yè)的定義——是指機械工業(yè)時代利用某種資源（物料、能源、設(shè)備、工具、資金、技術(shù)、信息和人力等），按照市場要求，通過制造過程，轉(zhuǎn)化為可供人們使用和利用的大型工具、工業(yè)品與生活消費產(chǎn)品的行業(yè)。隨著市場供求關(guān)系的演變，企業(yè)的創(chuàng)新能力逐漸成為企業(yè)核心競爭力的關(guān)鍵甚至是決定性的因素。
而知識積累，知識管理乃至知識工程是企業(yè)創(chuàng)新能力提升的最主要的方法。達索的數(shù)字孿生技術(shù)的解釋正是從這個角度切入的。
最早的知識傳承是人傳人（不是冠狀病毒），俗稱傳幫帶，老師傅積累的經(jīng)驗，看著哪個徒弟比較順眼，傾囊相授，一代一代的積累。即使在現(xiàn)代企業(yè)中，這種傳幫帶依然存在，一些Know How，不能用言辭表達的技藝，師傅教徒弟還是主要的傳承方式。從企業(yè)的角度，企業(yè)具備行業(yè)經(jīng)驗，可以少走彎路，做出高質(zhì)量的產(chǎn)品。
然而傳幫帶的效率太低，不易流轉(zhuǎn)，企業(yè)開始建立相應的項目文檔，希望盡可能的記錄企業(yè)的各種知識。對具體技術(shù)或者產(chǎn)品，分門別類，形成各種各樣的技術(shù)文檔，希望后來人可以學習和借鑒，記得大學里學過一門課叫《文獻檢索》，主要的技術(shù)就是如何快速準確解決問題需要的信息和知識。
書本或者文獻作為知識傳承的主要載體，是有很多缺點的：
l 長時間保存困難；
l 可流傳性依然不夠理想；
l 對知識的表達不夠完備，會損失很多有效的信息；
l 人們在學習這些知識的時候，會帶上主觀的認識，從而不能忠實的重現(xiàn)原知識；
l 太多的知識，學習也非常困難；
l 知識都有一定的局限性，很少有文檔會記錄如何使用這些知識。
于是人們用信息化的手段去彌補上述不足，大規(guī)模的磁盤陣列不僅僅可以記錄結(jié)果數(shù)據(jù)，還可以按照要求記錄中間數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫和搜索引擎的開發(fā)，提高了文獻的有效性和針對性，有一些還有智能學習和自動推送的功能。
信息化，自動化，知識管理，這樣的企業(yè)還做不到智能化。若是企業(yè)想實現(xiàn)智能化，需要知識管理到知識工程的轉(zhuǎn)變。
什么是知識工程？
“知識工程的主要研究方向包含知識獲取，知識表示和推理方法等，其研究目標是挖掘和抽取人類知識，用一定的形式表現(xiàn)這些知識，使之成為計算機可操作的對象，從而是計算機具有一定的人類智能”。（施榮明趙敏 孫聰 著 《知識工程與創(chuàng)新》航空工業(yè)出版社，P25）
而“數(shù)字孿生技術(shù)”是知識工程最完備的知識表現(xiàn)形式。
簡單總結(jié)數(shù)字孿生技術(shù)的特點：
l 數(shù)字孿生技術(shù)對物理實體各類數(shù)據(jù)進行集成，數(shù)字模型是物理實體的忠實鏡像；
l 數(shù)字孿生技術(shù)作用于物理實體的全生命周期，與其共同進化，并不斷積累相關(guān)知識；
l 數(shù)字模型不僅僅是物理實體的數(shù)字化描述，而且能夠基于數(shù)字模型優(yōu)化物理實體，從而提高創(chuàng)新的效率，提升產(chǎn)品的性能。
可以看出，數(shù)字孿生技術(shù)的核心，是CAE（這里的CAE泛指包含結(jié)構(gòu)，流體電磁等各物理場和多物理場的數(shù)字仿真技術(shù)）和V&V技術(shù)。通過仿真建立物理實體的數(shù)字模型，通過V&V保證數(shù)字模型的精度，我們用仿真來做虛擬實驗，而只有在精度可控的前提下，仿真才有其實際的物理意義。
而V&V技術(shù)又包含幾個條件：
l 統(tǒng)一的測試標準和精準的測試設(shè)備——保證測試結(jié)果的重復性；
l 穩(wěn)定而魯棒性好的工具軟件——保證仿真結(jié)果的重復性；
l 對物理實體的原理性的理解——保證仿真流程的合理性；
l 理解各種邊界條件和仿真結(jié)果之間相關(guān)性——快速得到可重復，可再現(xiàn)的等效參數(shù)。
在V&V的過程中會需要和產(chǎn)生大量的高附加值的知識，我們用數(shù)字孿生技術(shù)將這些知識會封裝在數(shù)字模型里面，用這些動態(tài)的知識來準確預測物理實體的未來，到這個時候，我們才揭開數(shù)字孿生技術(shù)所蘊藏的巨大價值的面紗。
數(shù)字孿生技術(shù)的道路其實很漫長，我們要做大量的V&V項目，建立不同等級的數(shù)字模型，把確認的流程的知識編成程序，最終用知識工程技術(shù)去挖掘，流傳，重用這些知識，逐步實現(xiàn)企業(yè)的智能化。
