近年來，被各行各業(yè)反復(fù)提到的高頻詞、熱點(diǎn)詞、關(guān)鍵詞中，“數(shù)字孿生”一定榜上有名，全球IT研究與顧問咨詢公司Gartner連續(xù)三年將數(shù)字孿生列為十大戰(zhàn)略科技發(fā)展趨勢(shì)之一。同時(shí)，數(shù)字孿生由于其應(yīng)用面廣泛的特點(diǎn)，在大如智慧城市、數(shù)字城市，水利、天然氣工程建設(shè)，小到產(chǎn)線監(jiān)測(cè)、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)都得到了廣泛應(yīng)用。
因此不少小伙伴都會(huì)對(duì)“數(shù)字孿生”感覺既熟悉又陌生，那么，數(shù)字孿生的發(fā)展歷史是怎樣的?這項(xiàng)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)怎樣的需求?目前在哪些方面得到了應(yīng)用又與我們的生活有什么關(guān)系?
對(duì)于這些大家好奇的問題，我們將通過兩期為大家通俗易懂的解讀數(shù)字孿生的“前世”與“今生”。
數(shù)字孿生究竟是什么?
數(shù)字孿生(Digital Twins)也叫：信息鏡像模型、Cyber-Physical System(CPS)。數(shù)字孿生的名詞詳細(xì)解釋為：“數(shù)字孿生是充分利用物理模型、傳感器更新、運(yùn)行歷史等數(shù)據(jù)，集成多學(xué)科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過程，在虛擬空間中完成映射，從而反映相對(duì)應(yīng)的實(shí)體裝備的全生命周期過程。
人體數(shù)字孿生技術(shù)
如果你覺得上述解釋太官方、不容易理解的話，那我們來舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子，比如先通過計(jì)算機(jī)在虛擬世界建一個(gè)與你一模一樣數(shù)字的模型，而后通過你隨身佩戴的智能手環(huán)、血氧儀、血壓計(jì)、血糖儀等智能穿戴裝備、傳感器實(shí)時(shí)記錄下你身體的內(nèi)的各項(xiàng)指標(biāo)，并向后臺(tái)發(fā)送各種你身體的參數(shù)，你變化了，數(shù)字模型也變化了，把人換成機(jī)械、生產(chǎn)線、建筑同理。因此，我們可以這樣理解，數(shù)字孿生就是一面三維的、透視的鏡子，隨時(shí)隨地跟隨著你的變化而變化。
航空器數(shù)字孿生
所以，數(shù)字孿生是一種超越現(xiàn)實(shí)的概念，可以被視為一個(gè)或多個(gè)重要的、彼此依賴的數(shù)字映射系統(tǒng)。
關(guān)于數(shù)字孿生的誕生歷史有多種說法，但尚未形成權(quán)威的定義，這里為大家一一列出：
說法一，密歇根大學(xué)的 Michael Grieves 博士率先提出，并命名為“信息鏡像模型”(Information Mirroring Model)，而后演變?yōu)椤皵?shù)字孿生”。據(jù)其自稱，他曾在2002年密歇根大學(xué)PLM中心一次演講中、2003年的一次高管培訓(xùn)上都提出了數(shù)字孿生的概念(順便說一下，中國(guó)數(shù)字孿生研究先行者陶飛教授也是密歇根大學(xué)的訪問學(xué)者，因此這個(gè)說法具有一定可信度)。
Michael Grieves 博士
說法二，美國(guó)國(guó)防部最早提出利用Digital Twin技術(shù)，用于航空航天飛行器的健康維護(hù)與保障。首先在數(shù)字空間建立真實(shí)飛機(jī)的模型，并通過傳感器實(shí)現(xiàn)與飛機(jī)真實(shí)狀態(tài)完全同步，這樣每次飛行后，根據(jù)結(jié)構(gòu)現(xiàn)有情況和過往載荷，及時(shí)分析評(píng)估是否需要維修，能否承受下次的任務(wù)載荷等。
說法三，2012 年 NASA 給出了數(shù)字孿生的概念描述：數(shù)字孿生是指充分利用物理模型、傳感器、運(yùn)行歷史等數(shù)據(jù)，集成多學(xué)科、多尺度的仿真過程，它作為虛擬空間中對(duì)實(shí)體產(chǎn)品的鏡像，反映了相對(duì)應(yīng)物理實(shí)體產(chǎn)品的全生命周期過程。
波音777 X
但是無論怎么說，有記載的、將數(shù)字孿生初期技術(shù)應(yīng)用在商業(yè)實(shí)戰(zhàn)領(lǐng)域的案例是：2010年前后波音公司在研制新款波音-777客機(jī)的整個(gè)研發(fā)過程都沒有使用過任何的圖紙模型，所涉及的300多萬個(gè)零部件完全依靠數(shù)字孿生技術(shù)進(jìn)行模擬、實(shí)驗(yàn)。據(jù)報(bào)道，該技術(shù)幫助波音公司減少了50%的返工量，有效縮短了40%的研發(fā)周期。
數(shù)字孿生在中國(guó)
北京航天航空大學(xué)陶飛教授
2009在美國(guó)密歇根大學(xué)從事先進(jìn)制造技術(shù)和信息化方向研究學(xué)者陶飛回到中國(guó)，被直評(píng)為北京航天航空大學(xué)副教授，在美國(guó)了解到數(shù)字孿生技術(shù)種種優(yōu)勢(shì)的陶飛教授決定將這項(xiàng)最新的技術(shù)在國(guó)內(nèi)研究并推廣，他召集了十余名研究生創(chuàng)造中國(guó)第一個(gè)數(shù)字孿生研究小組，自此開啟了一段長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年的研究之路。從組建團(tuán)隊(duì)到理論探索，再到技術(shù)的攻關(guān)、實(shí)際應(yīng)用案例的部署和研發(fā)，陶飛教授的團(tuán)隊(duì)成為了國(guó)內(nèi)最早一批研究數(shù)字孿生技術(shù)的學(xué)者。
第一屆數(shù)字孿生與智能制造服務(wù)學(xué)術(shù)研討會(huì)合影
從2010年第一篇數(shù)字孿生研究論文被退稿，到2019年世界頂級(jí)期刊《Nature》向陶飛的團(tuán)隊(duì)發(fā)出邀請(qǐng)，再到同年與航天五院建立合作關(guān)系、在衛(wèi)星總裝車間的設(shè)計(jì)部署及驗(yàn)證上成功落地。十年堅(jiān)持不懈的努力，從被退稿走向了受邀撰稿，不僅僅意味著陶飛團(tuán)隊(duì)的成功與研究閉環(huán)，更代表著中國(guó)在數(shù)字化轉(zhuǎn)型、智能化升級(jí)和制造能力的提升受到了國(guó)際的關(guān)注與認(rèn)可。
