當(dāng)前業(yè)界對(duì)數(shù)字孿生體起源的普遍認(rèn)定是2003年Michael Grieves博士所提，但似乎沉寂多年，直到2018年才爆發(fā)。是什么導(dǎo)致了數(shù)字孿生體的突然爆發(fā)？
5.4億年前，長(zhǎng)達(dá)30億年的時(shí)間，地球上的生命基本處于單細(xì)胞狀態(tài)（水生細(xì)菌和藻類(lèi)）。距今5.4年前后的寒武紀(jì)，地球上的生命形態(tài)突然爆發(fā)，類(lèi)水母的多細(xì)胞生物的出現(xiàn)，表征著生物進(jìn)化瓶頸的突破。是什么導(dǎo)致地球生物的大爆發(fā)？
對(duì)這兩個(gè)相似的爆發(fā)之謎的研究過(guò)程令人著迷，這兩個(gè)謎題的答案也讓人欣喜，同時(shí)我得到一個(gè)新奇的結(jié)論——數(shù)字孿生體是個(gè)具有社會(huì)性的生命體。正是因?yàn)閿?shù)字孿生體的這一特性，使得他在進(jìn)化歷程上與生物具有巨大相似性。
數(shù)字孿生體的定義、體系框架、核心技術(shù)等特征表明：數(shù)字孿生體是個(gè)具有社會(huì)性的生命體，其產(chǎn)生、進(jìn)化和社會(huì)性，都符合生物進(jìn)化和社會(huì)發(fā)展規(guī)律。這意味著數(shù)字孿生體不僅有軀體、神經(jīng)系統(tǒng)，還有大腦、基因、五官等生命體所應(yīng)有的器官。不過(guò)，理解這一切還要從理解什么是數(shù)字孿生體說(shuō)起。
01
數(shù)字孿生體系框架
在《數(shù)字孿生體技術(shù)白皮書(shū)（2019）》中，我們給出了數(shù)字孿生體的定義：數(shù)字孿生體是現(xiàn)有或?qū)⒂械奈锢韺?shí)體對(duì)象的數(shù)字模型，通過(guò)實(shí)測(cè)、仿真和數(shù)據(jù)分析來(lái)實(shí)時(shí)感知、診斷、預(yù)測(cè)物理實(shí)體對(duì)象的狀態(tài)，通過(guò)性能和狀態(tài)優(yōu)化和指令發(fā)送來(lái)調(diào)控物理實(shí)體對(duì)象的行為，通過(guò)相關(guān)數(shù)字模型間的相互學(xué)習(xí)來(lái)進(jìn)化自身，同時(shí)改進(jìn)利益相關(guān)方在物理實(shí)體對(duì)象生命周期內(nèi)的決策。
這個(gè)定義既承接了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)參考架構(gòu)，也是我們?cè)O(shè)計(jì)理論架構(gòu)的基礎(chǔ)。下圖是我們提出的理論架構(gòu)，本架構(gòu)可以指導(dǎo)數(shù)字孿生體的建設(shè)與實(shí)施。
可見(jiàn)，數(shù)字孿生體系架構(gòu)包含以下要素：數(shù)字建模、測(cè)量與控制、模擬仿真、數(shù)據(jù)分析、數(shù)字資產(chǎn)和人機(jī)交互。這些要素使得數(shù)字孿生體呈現(xiàn)出一種生命體甚至社會(huì)性特征。
02
軀體：數(shù)字孿生體的第一個(gè)“器官”
數(shù)字建模也就是 “數(shù)化”過(guò)程，提供了數(shù)字孿生體的“軀體”，成為數(shù)字孿生體的第一個(gè)重要“器官”。
“數(shù)字建模”是物理對(duì)象的數(shù)字化表達(dá)，這個(gè)過(guò)程需要將物理對(duì)象表達(dá)為計(jì)算機(jī)所能識(shí)別的數(shù)字模型，在軟件中建立物理對(duì)象的結(jié)構(gòu)元素和時(shí)空關(guān)系，不深入涉及物理機(jī)理和運(yùn)行數(shù)據(jù)，就像我們給正在雕塑的人體打造一個(gè)軀體。這也當(dāng)然是數(shù)字孿生體的基本要素，畢竟既然稱(chēng)為 “體”，那這樣一個(gè)基本的、直觀的軀體是必須的。
我們通常使用三維實(shí)體來(lái)建立物理對(duì)象的結(jié)構(gòu)形狀和位置關(guān)系，用系統(tǒng)（一維）建模工具來(lái)描述物理對(duì)象的行為模式。建模工具通常包括譬如CAD、3D動(dòng)畫(huà)、BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）、CIM（City Information Modeling，城市信息模型）或基于SysML（系統(tǒng)建模語(yǔ)言）的系統(tǒng)建模工具。建立的模型可以是設(shè)備、廠房、人群、運(yùn)輸系統(tǒng)、交通、電網(wǎng)、城市、軍事戰(zhàn)場(chǎng)、戰(zhàn)斗群體系等。
不過(guò)這樣的軀體是一個(gè)沒(méi)有神經(jīng)、沒(méi)有思想、與世界隔離、無(wú)生命的軀體。
03
神經(jīng)系統(tǒng)：數(shù)字孿生體的第二個(gè)“器官”
“測(cè)量與控制”也就是“互動(dòng)”過(guò)程，提供了數(shù)字孿生體的“神經(jīng)”系統(tǒng)，成為數(shù)字孿生的第二個(gè)重要“器官”。
“測(cè)量與控制”用來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字體與物理對(duì)象之間實(shí)時(shí)互傳信息和數(shù)據(jù)。數(shù)字化模型利用測(cè)量系統(tǒng)，通過(guò)傳感器獲得物理對(duì)象的狀態(tài)數(shù)據(jù)：尺寸、速度、溫度、光潔度等，利用控制系統(tǒng)，通過(guò)致動(dòng)器向物理對(duì)象發(fā)送致動(dòng)指令：停止、加速、調(diào)節(jié)角度等，這就像我們給數(shù)字孿生體安裝一套神經(jīng)系統(tǒng)。人類(lèi)的神經(jīng)系統(tǒng)有兩種，一種是感覺(jué)神經(jīng)，就像這里的測(cè)量系統(tǒng)，另一種是運(yùn)動(dòng)神經(jīng)，就像這里的控制系統(tǒng)。
工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）是測(cè)量與控制要素的主要技術(shù)，數(shù)字孿生體近兩年的突然興起，物聯(lián)網(wǎng)的成熟起到了重要的作用。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)不僅能提供對(duì)物理世界的感知，還能對(duì)物理世界傳遞信息，從而驅(qū)動(dòng)物理世界。
我們把這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為“互動(dòng)”，提供了數(shù)字孿生體的“神經(jīng)”。神經(jīng)系統(tǒng)的存在，讓數(shù)字孿生體具有了初步的生命特征，可以感知和驅(qū)動(dòng)物理世界。
04
謎題揭曉
數(shù)字孿生體爆發(fā)的時(shí)點(diǎn)是2018年，數(shù)字孿生體的神經(jīng)——物聯(lián)網(wǎng)的中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的提出時(shí)間是2016年，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)是2018年，這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的提出意味著物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)入了成熟和工程應(yīng)用階段。2016年是數(shù)字孿生體的提速時(shí)點(diǎn)，2018年正是數(shù)字孿生體的爆發(fā)時(shí)點(diǎn)！
寒武紀(jì)生物大爆發(fā)的最令人信服的解釋是：5.4億年前，寒武紀(jì)的盡前紀(jì)——埃迪卡拉紀(jì)的生物突然變異產(chǎn)生了神經(jīng)細(xì)胞，逐步形成神經(jīng)系統(tǒng)。神經(jīng)（特別是視覺(jué)神經(jīng)）讓生物可以實(shí)時(shí)與外界交互，獲得食物和避開(kāi)風(fēng)險(xiǎn)所需的能量大為減少，增加了生機(jī)，直接導(dǎo)致了生物的大爆發(fā)。
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)
物聯(lián)網(wǎng)的采用，讓數(shù)字孿生體具備了生命爆發(fā)的基礎(chǔ)，但由于缺乏思考能力，目前的數(shù)字孿生體還是個(gè)“傀儡”或“僵尸”孿生體，正如寒武紀(jì)時(shí)代的生物，雖然物種爆發(fā)了，但智力遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到現(xiàn)代生物的程度。具有理性思考、預(yù)測(cè)與判斷能力的數(shù)字孿生體才是真正有生命力的孿生體。
