科幻作家想象的另類現(xiàn)實(shí)和平行世界，已經(jīng)悄然走進(jìn)我們的生活。今天，我們正以數(shù)字孿生技術(shù)構(gòu)建“平行世界”，并賦能現(xiàn)實(shí)世界的改造。
什么是數(shù)字孿生？
數(shù)字孿生，英文叫做Digital Twin。數(shù)字孿生體是現(xiàn)有或?qū)⒂械奈锢韺?shí)體對象的數(shù)字模型，通過實(shí)測、仿真和數(shù)據(jù)分析來實(shí)時(shí)感知、診斷、預(yù)測物理實(shí)體對象的狀態(tài)，通過性能和狀態(tài)優(yōu)化和指令發(fā)送來調(diào)控物理實(shí)體對象的行為，通過相關(guān)數(shù)字模型間的相互學(xué)習(xí)來進(jìn)化自身，同時(shí)改進(jìn)利益相關(guān)方在物理實(shí)體對象生命周期內(nèi)的決策。
數(shù)字孿生vs虛擬現(xiàn)實(shí)
虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality）是通過計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中多模態(tài)建模的手段營造數(shù)字化世界的一類技術(shù)，具有“3I”的特征——沉浸感（Immersion）、交互性（Interactivity）和想象性（Imagination）。數(shù)字孿生與虛擬現(xiàn)實(shí)的共同點(diǎn)是都具有數(shù)字化世界，且都具有交互性，但數(shù)字孿生更側(cè)重于跟現(xiàn)實(shí)之間的映射關(guān)系，不強(qiáng)調(diào)沉浸感與想象性。
數(shù)字孿生vs虛擬樣機(jī)
虛擬樣機(jī)（Virtual Prototype）是虛擬現(xiàn)實(shí)在制造業(yè)中的應(yīng)用之一，也是數(shù)字孿生的前身之一。它以數(shù)字化形式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的實(shí)物樣機(jī)試驗(yàn)，應(yīng)用于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制造階段。數(shù)字孿生是虛擬樣機(jī)在時(shí)間維度上的拓展，數(shù)字孿生體在運(yùn)營維護(hù)階段依然與物理空間中的裝置系統(tǒng)保持聯(lián)系，即對產(chǎn)品進(jìn)行全生命周期的映射管理。
數(shù)字孿生vs信息物理系統(tǒng)
信息物理系統(tǒng)（Cyber-Physical Systems，簡稱CPS）也是為物理實(shí)體構(gòu)建信息模型，從現(xiàn)實(shí)世界中采集數(shù)據(jù)進(jìn)行快速計(jì)算，然后即時(shí)反饋到物理空間中，并對其進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制。而數(shù)字孿生除了對現(xiàn)實(shí)空間的實(shí)時(shí)控制之外，還包括仿真、預(yù)測和推演。
數(shù)字孿生的前世今生
當(dāng)前業(yè)界對數(shù)字孿生體起源的普遍認(rèn)定是2003年Michael Grieves博士所提。美國密歇根大學(xué)教授Michael Grieves博士曾于2003年在產(chǎn)品全生命周期管理的課程上提出了“鏡像空間模型”（Mirrored Space Model），這是最早關(guān)于數(shù)字孿生體的相關(guān)概念，但是受算力限制，當(dāng)時(shí)以建模為主。
如今，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、人工智能和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)字孿生技術(shù)被應(yīng)用于更多的產(chǎn)品和設(shè)備，并向更廣闊的領(lǐng)域拓展延伸。
數(shù)字孿生的構(gòu)成
傳感器
生產(chǎn)過程中的傳感器負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集和信號的傳輸
數(shù)據(jù)
將傳感器提供的實(shí)際運(yùn)行和環(huán)境數(shù)據(jù)與企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)結(jié)合起來，形成數(shù)字雙數(shù)據(jù)源
集成
傳感器通過集成技術(shù)實(shí)現(xiàn)物理世界和數(shù)字世界之間的數(shù)據(jù)傳輸
分析
利用分析技術(shù)進(jìn)行算法仿真和可視化程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)分析
模型
基于上述數(shù)據(jù)和信息，建立物理實(shí)體和過程的數(shù)字模型，通過模型計(jì)算物理和生產(chǎn)過程中是否存在誤差，從而得出解決誤差的方法和行動(dòng)
控制器
根據(jù)模型計(jì)算結(jié)果，通過控制器進(jìn)行動(dòng)作調(diào)整和誤差修正
數(shù)字孿生的價(jià)值
數(shù)字孿生的出現(xiàn)，是近十年來感知、網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)、人工智能、控制、建模等技術(shù)的集中爆發(fā)。特別是隨著傳感器和低功耗廣域網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，物理世界的動(dòng)態(tài)可以通過傳感器準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)地反饋到數(shù)字世界。數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化由實(shí)到虛，網(wǎng)絡(luò)智能由虛到實(shí)。通過虛擬現(xiàn)實(shí)的交互和不斷的迭代，實(shí)現(xiàn)了物理世界的最佳有序運(yùn)行。
在數(shù)字孿生城市中，公用基礎(chǔ)設(shè)施的運(yùn)行狀態(tài)，市政資源的調(diào)配情況，都會(huì)通過傳感器、攝像頭、數(shù)字化子系統(tǒng)采集出來，并通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、通信技術(shù)等傳遞到云端。城市的管理者，可以基于動(dòng)態(tài)感知的數(shù)據(jù)，構(gòu)建數(shù)字孿生城市，從而提升城市的運(yùn)行效率。
