何為數(shù)字孿生？
（1）模型維度
觀點(diǎn)一認(rèn)為數(shù)字孿生是三維模型、是物理實(shí)體的copy或虛擬樣機(jī)。這些認(rèn)識(shí)從模型需求與功能的角度，重點(diǎn)關(guān)注了數(shù)字孿生的模型維度。根據(jù)現(xiàn)有文獻(xiàn)分析，理想的數(shù)字孿生模型涉及幾何模型、物理模型、行為模型、規(guī)則模型等多維多時(shí)空多尺度模型，且期望數(shù)字孿生模型具有高保真、高可靠、高精度的特征，進(jìn)而能真實(shí)刻畫物理世界。
（2）數(shù)據(jù)維度
Grieves教授曾在美國(guó)密歇根大學(xué)產(chǎn)品全生命周期管理（PLM）課程中提出了與數(shù)字孿生相關(guān)的概念，因而有一種觀點(diǎn)認(rèn)為數(shù)字孿生就是PLM。數(shù)據(jù)是數(shù)字孿生的核心驅(qū)動(dòng)力，數(shù)字孿生數(shù)據(jù)不僅包括貫穿產(chǎn)品全生命周期的全要素/全流程/全業(yè)務(wù)的相關(guān)數(shù)據(jù)，還強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)的融合，如信息物理虛實(shí)融合、多源異構(gòu)融合等。此外，數(shù)字孿生在數(shù)據(jù)維度還應(yīng)具備實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)更新、實(shí)時(shí)交互、及時(shí)響應(yīng)等特征。
（3）連接維度
觀點(diǎn)二認(rèn)為數(shù)字孿生是物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)或工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，這些觀點(diǎn)側(cè)重從物理世界到虛擬世界的感知接入、可靠傳輸、智能服務(wù)。從滿足信息物理全面連接映射與實(shí)時(shí)交互的角度和需求出發(fā)，理想的數(shù)字孿生不僅要支持跨接口、跨協(xié)議、跨平臺(tái)的互聯(lián)互通，還強(qiáng)調(diào)數(shù)字孿生不同維度（物理實(shí)體、虛擬實(shí)體、孿生數(shù)據(jù)、服務(wù)/應(yīng)用）間的雙向連接、雙向交互、雙向驅(qū)動(dòng)，且強(qiáng)調(diào)實(shí)時(shí)性，從而形成信息物理閉環(huán)系統(tǒng)。
（4）服務(wù)/功能維度
觀點(diǎn)三認(rèn)為數(shù)字孿生是仿真，是虛擬驗(yàn)證，或是可視化，這類認(rèn)識(shí)主要是從功能需求的角度，對(duì)數(shù)字孿生可支持的部分功能/服務(wù)進(jìn)行了解讀。目前，數(shù)字孿生已在不同行業(yè)不同領(lǐng)域得到應(yīng)用，基于模型和數(shù)據(jù)雙驅(qū)動(dòng)，數(shù)字孿生不僅在仿真、虛擬驗(yàn)證和可視化等方面體現(xiàn)其應(yīng)用價(jià)值，還可針對(duì)不同的對(duì)象和需求，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、運(yùn)行監(jiān)測(cè)、能耗優(yōu)化、智能管控、故障預(yù)測(cè)與診斷、設(shè)備健康管理、循環(huán)與再利用等方面提供相應(yīng)的功能與服務(wù)?？梢姅?shù)字孿生的服務(wù)/功能呈現(xiàn)多元化。
（5）物理維度
觀點(diǎn)四認(rèn)為數(shù)字孿生僅是物理實(shí)體的數(shù)字化表達(dá)或虛體，其概念范疇不包括物理實(shí)體。實(shí)踐與應(yīng)用表明，物理實(shí)體對(duì)象是數(shù)字孿生的重要組成部分，數(shù)字孿生的模型、數(shù)據(jù)、功能/服務(wù)與物理實(shí)體對(duì)象是密不可分的。數(shù)字孿生模型因物理實(shí)體對(duì)象而異、數(shù)據(jù)因物理實(shí)體特征而異、功能/服務(wù)因物理實(shí)體需求而異。
綜上所述，當(dāng)前對(duì)數(shù)字孿生存在多種不同認(rèn)識(shí)和理解，目前尚未形成統(tǒng)一共識(shí)的定義，但物理實(shí)體、虛擬模型、數(shù)據(jù)、連接、服務(wù)是數(shù)字孿生的核心要素。不同階段的數(shù)字孿生呈現(xiàn)出不同的特點(diǎn)，對(duì)數(shù)字孿生的認(rèn)識(shí)與實(shí)踐離不開具體對(duì)象、具體應(yīng)用與具體需求。從應(yīng)用和解決實(shí)際需求的角度出發(fā)，實(shí)際應(yīng)用過程中不一定要求所建立的“數(shù)字孿生”具備所有理想特征，能滿足用戶的具體需要即可。
數(shù)字孿生能與NewIT的關(guān)系
（1）數(shù)字孿生與物聯(lián)網(wǎng)
對(duì)物理世界的全面感知是實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生的重要基礎(chǔ)和前提，物聯(lián)網(wǎng)通過射頻識(shí)別、二維碼、傳感器等數(shù)據(jù)采集方式為物理世界的整體感知提供了技術(shù)支持。
（2）數(shù)字孿生與3R（AR,VR,MR）
虛擬模型是數(shù)字孿生的核心部分，為物理實(shí)體提供多維度、多時(shí)空尺度的高保真數(shù)字化映射。實(shí)現(xiàn)可視化與虛實(shí)融合是使虛擬模型真實(shí)呈現(xiàn)物理實(shí)體以及增強(qiáng)物理實(shí)體功能的關(guān)鍵。VR/AR/MR技術(shù)為此提供支持：VR技術(shù)利用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、細(xì)節(jié)渲染、動(dòng)態(tài)環(huán)境建模等實(shí)現(xiàn)虛擬模型對(duì)物理實(shí)體屬性、行為、規(guī)則等方面層次細(xì)節(jié)的可視化動(dòng)態(tài)逼真顯示；AR與MR技術(shù)利用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，場(chǎng)景捕捉，實(shí)時(shí)跟蹤及注冊(cè)等實(shí)現(xiàn)虛擬模型與物理實(shí)體在時(shí)空上的同步與融合，通過虛擬模型補(bǔ)充增強(qiáng)物理實(shí)體在檢測(cè)、驗(yàn)證及引導(dǎo)等方面的功能。
（3）數(shù)字孿生與邊緣計(jì)算
邊緣計(jì)算技術(shù)可將部分從物理世界采集到的數(shù)據(jù)在邊緣側(cè)進(jìn)行實(shí)時(shí)過濾、規(guī)約與處理，從而實(shí)現(xiàn)了用戶本地的即時(shí)決策、快速響應(yīng)與及時(shí)執(zhí)行[58]。結(jié)合云計(jì)算技術(shù)，復(fù)雜的孿生數(shù)據(jù)可被傳送到云端進(jìn)行進(jìn)一步的處理，從而實(shí)現(xiàn)了針對(duì)不同需求的云-邊數(shù)據(jù)協(xié)同處理，進(jìn)而提高數(shù)據(jù)處理效率、減少云端數(shù)據(jù)負(fù)荷、降低數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延，為數(shù)字孿生的實(shí)時(shí)性提供保障。
（4）數(shù)字孿生與云計(jì)算
數(shù)字孿生的規(guī)模彈性很大，單元級(jí)數(shù)字孿生可能在本地服務(wù)器即可滿足計(jì)算與運(yùn)行需求，而系統(tǒng)級(jí)和復(fù)雜系統(tǒng)級(jí)數(shù)字孿生則需要更大的計(jì)算與存儲(chǔ)能力。云計(jì)算按需使用與分布式共享的模式可使數(shù)字孿生使用龐大的云計(jì)算資源與數(shù)據(jù)中心，從而動(dòng)態(tài)地滿足數(shù)字孿生的不同計(jì)算、存儲(chǔ)與運(yùn)行需求。
（5）數(shù)字孿生與5G
虛擬模型的精準(zhǔn)映射與物理實(shí)體的快速反饋控制是實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生的關(guān)鍵。虛擬模型的精準(zhǔn)程度、物理實(shí)體的快速反饋控制能力、海量物理設(shè)備的互聯(lián)對(duì)數(shù)字孿生的數(shù)據(jù)傳輸容量、傳輸速率、傳輸響應(yīng)時(shí)間提出了更高的要求。5G通信技術(shù)具有高速率、大容量、低時(shí)延、高可靠的特點(diǎn)[59]，能夠契合數(shù)字孿生的數(shù)據(jù)傳輸要求，滿足虛擬模型與物理實(shí)體的海量數(shù)據(jù)低延遲傳輸、大量設(shè)備的互通互聯(lián)，從而更好的推進(jìn)數(shù)字孿生的應(yīng)用落地。
（6）數(shù)字孿生與大數(shù)據(jù)
數(shù)字孿生中的孿生數(shù)據(jù)集成了物理感知數(shù)據(jù)、模型生成數(shù)據(jù)、虛實(shí)融合數(shù)據(jù)等高速產(chǎn)生的多來源、多種類、多結(jié)構(gòu)的全要素/全業(yè)務(wù)/全流程的海量數(shù)據(jù)[2]。大數(shù)據(jù)能夠從數(shù)字孿生高速產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)中提取更多有價(jià)值的信息，以解釋和預(yù)測(cè)現(xiàn)實(shí)事件的結(jié)果和過程。
（7）數(shù)字孿生與區(qū)塊鏈
區(qū)塊鏈可對(duì)數(shù)字孿生的安全性提供可靠保證[60]，可確保孿生數(shù)據(jù)不可篡改、全程留痕、可跟蹤、可追溯等。獨(dú)立性、不可變和安全性的區(qū)塊鏈技術(shù)，可防止數(shù)字孿生被篡改而出現(xiàn)錯(cuò)誤和偏差，以保持?jǐn)?shù)字孿生的安全，從而鼓勵(lì)更好的創(chuàng)新。此外，通過區(qū)塊鏈建立起的信任機(jī)制可以確保服務(wù)交易的安全，從而讓用戶安心使用數(shù)字孿生提供的各種服務(wù)。
（8）數(shù)字孿生與人工智能（AI）
數(shù)字孿生憑借其準(zhǔn)確、可靠、高保真的虛擬模型，多源、海量、可信的孿生數(shù)據(jù)，以及實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的虛實(shí)交互為用戶提供了仿真模擬、診斷預(yù)測(cè)、可視監(jiān)控、優(yōu)化控制等應(yīng)用服務(wù)。AI通過智能匹配最佳算法，可在無需數(shù)據(jù)專家的參與下，自動(dòng)執(zhí)行數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、分析、融合對(duì)孿生數(shù)據(jù)進(jìn)行深度知識(shí)挖掘，從而生成各類型服務(wù)。數(shù)字孿生有了AI的加持，可大幅提升數(shù)據(jù)的價(jià)值以及各項(xiàng)服務(wù)的響應(yīng)能力和服務(wù)準(zhǔn)確性。
綜上所述，數(shù)字孿生的實(shí)現(xiàn)和落地應(yīng)用離不開New IT的支持，只有與New IT的深度融合數(shù)字孿生才能實(shí)現(xiàn)物理實(shí)體的真實(shí)全面感知、多維多尺度模型的精準(zhǔn)構(gòu)建、全要素/全流程/全業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的深度融合、智能化/人性化/個(gè)性化服務(wù)的按需使用以及全面/動(dòng)態(tài)/實(shí)時(shí)的交互。
數(shù)字孿生功能與作用
數(shù)字孿生以數(shù)字化的形式在虛擬空間中構(gòu)建了與物理世界一致的高保真模型，通過與物理世界間不間斷的閉環(huán)信息交互反饋與數(shù)據(jù)融合，能夠模擬對(duì)象在物理世界中的行為，監(jiān)控物理世界的變化，反映物理世界的運(yùn)行狀況，評(píng)估物理世界的狀態(tài)，診斷發(fā)生的問題，預(yù)測(cè)未來趨勢(shì)，乃至優(yōu)化和改變物理世界。數(shù)字孿生能夠突破許多物理?xiàng)l件的限制，通過數(shù)據(jù)和模型雙驅(qū)動(dòng)的仿真、預(yù)測(cè)、監(jiān)控、優(yōu)化和控制，實(shí)現(xiàn)服務(wù)的持續(xù)創(chuàng)新、需求的即時(shí)響應(yīng)和產(chǎn)業(yè)的升級(jí)優(yōu)化。基于模型、數(shù)據(jù)和服務(wù)等各方面的優(yōu)勢(shì)，數(shù)字孿生正在成為提高質(zhì)量、增加效率、降低成本、減少損失、保障安全、節(jié)能減排的關(guān)鍵技術(shù)，同時(shí)數(shù)字孿生應(yīng)用場(chǎng)景正逐步延伸拓展到更多和更寬廣的領(lǐng)域。
數(shù)字孿生適用準(zhǔn)則是什么？
企業(yè)在應(yīng)用數(shù)字孿生前，面臨的首要決策問題是本企業(yè)是否需要用數(shù)字孿生？是否適用數(shù)字孿生？是否值得使用數(shù)字孿生？事實(shí)上，數(shù)字孿生并非適用于所有對(duì)象和企業(yè)。為輔助企業(yè)根據(jù)自身情況做出正確決策，本節(jié)嘗試從產(chǎn)品類型、復(fù)雜程度、運(yùn)行環(huán)境、性能、經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益等不同維度總結(jié)數(shù)字孿生適用準(zhǔn)則。
