人類能夠“稱霸”地球靠的是強(qiáng)大的“大腦”，正是大腦的不斷進(jìn)化，讓人類擁有了更為高級(jí)的智慧，強(qiáng)大的邏輯推理能力、思考判斷能力，以及豐富的想象力和創(chuàng)造力。數(shù)字孿生體與物理世界的互動(dòng)，推理判斷，以及預(yù)測(cè)能力，跟人類大腦的功能有著異曲同工之妙。數(shù)字孿生體之所以能夠流行，在于其能夠通過互動(dòng)感知、數(shù)字建模、數(shù)據(jù)分析等，影響并有效解決物理世界問題的能力。
我們需要提前知道數(shù)字孿生體和物理世界將要發(fā)生什么?！稊?shù)字孿生體爆發(fā)之謎》中，講述了數(shù)字孿生體的兩大“器官”，數(shù)字建模（軀體）和互動(dòng)（神經(jīng)系統(tǒng)），這兩個(gè)系統(tǒng)使得數(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。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。讓數(shù)字孿生體成為更有“生命力”孿生體的是能夠產(chǎn)生理性思考、預(yù)測(cè)與判斷能力的“大腦”的進(jìn)化和形成。
01
模擬仿真：數(shù)字孿生體的“左腦”
“無仿真，不孿生。”是我們對(duì)數(shù)字孿生理解的一個(gè)基本判斷。模擬仿真過程提供了數(shù)字孿生體的“左腦”。
模擬仿真是基于完整信息和明確機(jī)理計(jì)算未來，將“數(shù)化”過程建立的模型與物理機(jī)理相結(jié)合，包括材料性質(zhì)、理論規(guī)律、工程規(guī)律等，根據(jù)完整和實(shí)時(shí)的邊界條件和物理狀態(tài)，來計(jì)算和預(yù)測(cè)數(shù)字模型的下一步狀態(tài)。這種仿真不是對(duì)一個(gè)階段或一種現(xiàn)象的仿真，應(yīng)是全周期和全領(lǐng)域的動(dòng)態(tài)仿真。實(shí)時(shí)邊界條件和物理對(duì)象狀態(tài)是被完整測(cè)量，可作為物理規(guī)律的完備輸入條件。模擬仿真的輸出結(jié)果必須具有確定化和無二義性的特征。“實(shí)時(shí)”二字依賴于“互動(dòng)”過程的測(cè)量系統(tǒng)來保證。
此處所說的仿真是廣義仿真，那些具有明確物理機(jī)理的計(jì)算過程都屬于廣義仿真，包括物理（如流動(dòng)、力學(xué)、化學(xué)等）原理確定并被實(shí)踐驗(yàn)證，往往被作為成熟理論來使用，包含公理、定理、公式、數(shù)值計(jì)算、工程算法、經(jīng)驗(yàn)公式等。模擬仿真采用的工具包括算法程序、各類CAE工具，譬如物理場(chǎng)仿真、人群仿真、交通仿真、物流仿真、組織仿真等。
通常來說，CAE有兩種類型：物理場(chǎng)仿真和系統(tǒng)仿真。物理場(chǎng)仿真的計(jì)算規(guī)模大、時(shí)間長(zhǎng)，通常無法滿足數(shù)字孿生體與物理對(duì)象實(shí)時(shí)交互的需要；系統(tǒng)仿真則具有速度快的優(yōu)勢(shì)，通常可以達(dá)到實(shí)時(shí)交互要求。因此，在數(shù)字孿生實(shí)踐中，往往需要把物理仿真過程進(jìn)行降階（ROM），抽取物理仿真的某些特性和參數(shù)，轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)仿真模型來參與計(jì)算。
我們把模擬仿真過程稱為“先知”，該過程提供了數(shù)字孿生體的“左腦”。人類的左腦專事邏輯推理和理性判斷，只要具有明確規(guī)律和邏輯，不管多復(fù)雜，總是可以通過推理獲得明確的結(jié)論，提前知道數(shù)字孿生體和物理對(duì)象將會(huì)發(fā)生什么。此時(shí)的數(shù)字孿生體就是一個(gè)有頭腦、會(huì)思考的智能孿生體，開始具有明顯的生命特征，特別是人類的理性思維特征。
02
數(shù)據(jù)分析：數(shù)字孿生體的“右腦”
數(shù)據(jù)分析過程是基于不完整信息和不明確機(jī)理來推測(cè)未來。我們的世界中，大多數(shù)現(xiàn)象的物理規(guī)律并不明確，大多數(shù)情況無法獲得完備的邊界條件和物理狀態(tài)，但我們?nèi)匀徊坏貌粚?duì)未來做出預(yù)測(cè)，哪怕是在模糊的判斷，仍然好于毫無判斷。如果要求數(shù)字孿生體越來越智能和智慧，就不應(yīng)局限于人類對(duì)物理世界的確定性知識(shí)。其實(shí)人類本身就不是完全依賴確定性知識(shí)而領(lǐng)悟世界的。
大數(shù)據(jù)和人工智能（AI）技術(shù)是數(shù)據(jù)分析的關(guān)鍵技術(shù)。根據(jù)通過“互動(dòng)”過程收集的數(shù)據(jù)以及“先知”過程輸出的數(shù)據(jù)，利用相關(guān)性分析建立物理世界的近似模型，依據(jù)當(dāng)前邊界條件和物理狀態(tài)進(jìn)行下一步狀態(tài)的預(yù)測(cè)，并且對(duì)近似模型逐步優(yōu)化。當(dāng)前邊界條件和物理對(duì)象狀態(tài)是被不完整測(cè)量的，但也只能作為近似模型的不完備輸入條件，輸出的結(jié)果當(dāng)然距離物理世界的真實(shí)情況有一定偏差。但隨著機(jī)器學(xué)習(xí)的持續(xù)，算法和模型逐步改善，近似模型會(huì)越來越逼近物理機(jī)理，預(yù)測(cè)結(jié)果也會(huì)逼近物理世界。也正是因?yàn)檫@個(gè)原因，業(yè)界有人將大數(shù)據(jù)（及AI）視為科學(xué)研究的“第四范式”，科研方法從傳統(tǒng)的三種方法——理論、實(shí)驗(yàn)、計(jì)算拓展到第四種方法——大數(shù)據(jù)（及AI）。
我們把這個(gè)過程稱為“先覺”，提供了數(shù)字孿生體的“右腦”。人類的右腦專事感性思維，利用直覺和第六感來獲得對(duì)世界的判斷和預(yù)測(cè)。當(dāng)然這里指的直覺那種優(yōu)秀的直覺，而非普通人的直覺。優(yōu)秀的直覺源于對(duì)豐富經(jīng)歷和有效經(jīng)驗(yàn)的高度總結(jié)，還需要經(jīng)常性的深度思考和遠(yuǎn)期了望。我們的社會(huì)中確有一類具有這種優(yōu)秀和敏銳直覺的人，是他們引導(dǎo)著你的企業(yè)、機(jī)構(gòu)甚至人類的發(fā)展方向。
03
數(shù)字孿生體的突破
數(shù)字孿生體將撐起數(shù)字化之輪，但又不止于數(shù)字化?！稄暮诳偷蹏?guó)到數(shù)字孿生》文中講到，數(shù)字孿生體的突破在于：數(shù)字世界不滿足于展現(xiàn)一個(gè)舊的物理世界，還要模擬新的物理世界；既要實(shí)時(shí)接受物理世界信息，還要預(yù)測(cè)物理世界；既要接受物理世界的操縱，更要反過來驅(qū)動(dòng)物理世界；數(shù)字世界要進(jìn)化為物理世界的先知、先覺甚至超體。
這個(gè)演變過程稱為成熟度進(jìn)化，即一個(gè)數(shù)字孿生體的生長(zhǎng)發(fā)育將經(jīng)歷數(shù)化、互動(dòng)、先知、先覺和共智等幾個(gè)過程。這里首先要強(qiáng)調(diào)互動(dòng)，因?yàn)闆]有實(shí)時(shí)互動(dòng)，數(shù)字世界和物理世界之間其實(shí)是偽孿生。其次，我們提出“數(shù)字孿生體是仿真應(yīng)用新巔峰”這一論斷，因?yàn)樵跀?shù)字孿生體成熟度進(jìn)化的每個(gè)過程中，仿真都扮演著不可或缺的角色。另外，我們不應(yīng)局限于人類對(duì)物理世界的確定性知識(shí)，大數(shù)據(jù)和AI可以基于不完整信息和不明確機(jī)理來推測(cè)未來，從而讓數(shù)字孿生體越來越智能和智慧。
