據悉，工業(yè)互聯網的基礎模型和技術依托于數字孿生體（Digital Twin），雖然這個概念產生于軍事領域，但很快得到了領先工業(yè)企業(yè)的認同，并投入大量資源做研究，其中，美國通用電氣和德國西門子最為積極。
由于這個概念比較新穎，同行業(yè)人士了解的不多，有必要通過追根溯源的方式做一個介紹。
01、數字孿生起源
1992年，著名的計算機和人工智能思想家，耶魯大學David Gelernter教授出版Mirror Worlds一書，雖然沒有明確提出數字孿生這一名詞，但他描述了一個軟件定義的虛擬現實世界，和數字孿生概念的內涵基本一致。
David Gelernter教授在書中寫道：
什么是鏡像世界（mirror worlds）?它們是從計算機屏幕中看到的代表真實世界的軟件模型，海量的信息通過巨大的軟件通道源源不斷地涌入模型，如此多的信息使得模型可以模擬現實世界每時每刻的運動。
02、數字孿生發(fā)展
2002年12月3日，密歇根大學Michael Grieves教授在PLM中心啟動會上，首次明確提出數字孿生這一概念，他稱之為“PLM的一個理想化概念”（圖1-17）。
▲圖1-PLM的一個理想化概念
他認為通過物理設備的數據，可以在虛擬（信息）空間構建一個表征該物理設備的虛擬實體和子系統，并且這種聯系不是單向和靜態(tài)的，而是在整個產品的生命周期中都聯系在一起。
Michael Grieves博士論述數字孿生的書名為《Virtually Perfect》，已有中文版《智能制造之虛擬完美模型》。
2012年，在夏威夷舉辦的第53屆美洲航空航天協會（AIAA）學術會議上，NASA的Glaessgen和美國空軍的Stargel發(fā)表了一篇文章“The Digital Twin Paradigm for future NASA and U.S.Air Force Vehicles”，完整深入地論述了未來航空航天器數字孿生的理想模型。
該文章對數字孿生進行了嚴格的學術定義：
數字孿生是飛行器或系統集成的多物理、多尺度的概率性仿真，它使用最好的可用物理模型、更新的傳感器數據和歷史飛行數據等來反映與該模型對應的飛行實體全生命周期的真實特性。
03、數字孿生應用
數字孿生這一理念創(chuàng)新雖然算不上什么革命性突破，但應該承認，其對制造業(yè)數字化的應用深化，凝聚方向性的共識，起到了重要的推動作用。
2011年3月美國空軍研究實驗室（AFRL，Air Force Research Laboratory）做的一次演講，明確提到了數字孿生體，是最早的提出機構。
據有限的資料顯示，美國國家航空航天局（NASA，National Aeronautics and Space Administration）也在同期開始關注數字孿生體，但后續(xù)對數字孿生體體系的構建貢獻并不多，反而是美國國防部立刻意識到數字孿生體是頗具價值的工程工具，值得全面研發(fā)。
與此同時，美國通用電氣在為美國國防部提供F-35聯合攻擊機解決方案的時候，也發(fā)現數字孿生體是工業(yè)數字化過程中的有效工程工具，并開始利用數字孿生體去構建工業(yè)互聯網體系。
在2015年，工業(yè)4.0研究院已經對德國工業(yè)4.0有了非常深入的研究，開始發(fā)現信息物理系統（CPS，Cyber-Physical Systems）不如美國工業(yè)互聯網聯盟（IIC，Industrial Internet Consortium）采用的數字孿生體有效，為了加深對數字孿生體的理解，工業(yè)4.0研究院啟動了“數字孿生體概念及歷史”（Concept and Origins of Digital Twin）的研究課題。
與國內初步接觸數字孿生體的行業(yè)人士一樣，工業(yè)4.0研究院首先接觸到的是美國研究教授（Research Professor）Michael W.Grieves在2014年撰寫的Digital Twin:Manufacturing Excellence through Virtual Factory Replication，雖然Grieves強調這是一份白皮書，但實際上只有6頁多的正文文字，總計字數約為3000英文單詞。
工業(yè)4.0研究院還發(fā)現，Grieves在2008年也發(fā)布了Product Specification Management(PSM):Enabling Manufacturing Quality，同樣把這份正文內容只有4頁多的文章稱為“白皮書”（Whitepaper）。
在Digital Twin:Manufacturing Excellence through Virtual Factory Replication這篇文章中，Grieves明確指出，他在2003年密歇根的高管培訓上提出了（was introduced）物理產品的數字等同體或數字孿生體概念。這個聲明被國內一些專家認為是Grieves首先提出數字孿生體概念的證據。
可是，在2014年發(fā)布的文章中，“追溯”自己10多年前就有此想法恐怕難以讓人認同，如果還毫無書面證據稱自己是概念提出者，就更難具有說服力了。
過去30年間，隨著摩爾定律導致計算成本指數下降，數值計算方法不斷發(fā)展，產品創(chuàng)新競爭加劇，建模和仿真越來越可靠，使用范圍越來越廣，工程師開始暢想一個數字全面替代物理的場景，催生了數字孿生概念的演進。
總結起來，我們心目中的功勞簿如下：
David Gelernter（1992）：第一個數字孿生想法的提出者（雖然1992年還顯得有些科幻）。
Michael Greives（2002）：第一個數字孿生的命名者。
Glaessgen和Stargel（2012）：第一個數字孿生的嚴格學術定義者。
西門子工業(yè)軟件：第一個數字孿生的倡導者和實踐者。
美國國家科學基金會（National Science Foundation，NSF）的Helen Gill在2006年創(chuàng)造了信息物理系統（Cyber-Physical Systems，CPS）的概念，德國于2011年利用該概念提出了工業(yè)4.0（Industrie 4.0）。
西門子工業(yè)軟件在2016年開始嘗試利用數字孿生體來完善工業(yè)4.0應用，到2017年底，西門子工業(yè)軟件正式發(fā)布了完整的數字孿生體應用模型，成為第一個數字孿生倡導者和實踐者（圖1-18）。
▲圖2-西門子工業(yè)軟件——數字孿生的倡導者和實踐者
數字孿生技術是將帶有三維數字模型的信息拓展到整個生命周期中的數字鏡像技術，最終實現虛擬與物理世界同步和一致。它不是讓虛擬世界做現在我們已經做到的事情，而是發(fā)現潛在問題、激發(fā)創(chuàng)新思維、不斷追求優(yōu)化進步—這才是數字孿生的目標所在。
數字孿生技術幫助企業(yè)在實際投入生產之前即能在虛擬環(huán)境中優(yōu)化、仿真和測試，在生產過程中也可同步優(yōu)化整個企業(yè)流程，最終實現高效的柔性生產，快速創(chuàng)新及上市，鍛造企業(yè)持久競爭力。
