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數(shù)字孿生技術(shù)已經(jīng)存在了一段時(shí)間。2002年，密歇根大學(xué)教授邁克爾·格里夫斯在產(chǎn)品全生命周期管理課程上提出了“與物理產(chǎn)品等價(jià)的虛擬數(shù)字化表達(dá)”的概念，在這之后NASA就引入了這個(gè)概念，以立體的數(shù)字模型取代圖紙模型，最大化研究飛船和空軍飛機(jī)的運(yùn)行壽命，以提高航空航天任務(wù)的成功率并以數(shù)據(jù)基礎(chǔ)高效掌握機(jī)器壽命、維護(hù)計(jì)劃等等，雖沒有明確定義，但數(shù)字孿生（Digital Twin）一詞已被提出。

現(xiàn)如今，隨著數(shù)字技術(shù)的進(jìn)步與應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，數(shù)字孿生的概念逐漸明確，被定義為：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。如同“孿生”一詞的字面意思，數(shù)字孿生，即使用數(shù)字技術(shù)將現(xiàn)實(shí)世界中的物理模型完成在虛擬空間的映射，涵蓋了感知控制、數(shù)據(jù)集成、模型構(gòu)建、模型互操作、業(yè)務(wù)集成、人機(jī)交互等諸多領(lǐng)域。

2021年，全球數(shù)字孿生市場(chǎng)規(guī)模為74.7億美元，換算人民幣不到500億元。這樣來看，目前數(shù)字孿生技術(shù)只占數(shù)字技術(shù)相關(guān)企業(yè)所有業(yè)務(wù)中的一小部分，隨著建造平行虛擬世界“元宇宙”、Web 3.0等概念的火熱，各界對(duì)數(shù)字孿生技術(shù)的關(guān)注度與日俱增。

解碼未來生產(chǎn)生活新生態(tài)

從吞噬能量開始進(jìn)化，數(shù)字孿生技術(shù)融合了多種新興技術(shù)，現(xiàn)如今已經(jīng)有能力撞開全新增量市場(chǎng)的大門。在B端，數(shù)字孿生及其支線產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)幫助傳統(tǒng)行業(yè)借數(shù)字化提高生產(chǎn)力；在C端，數(shù)字孿生將為智慧城市、智慧醫(yī)療、智能制造的建設(shè)升級(jí)賦能，更將便利人們的生產(chǎn)生活，有助于人們的身體健康和舒適。

比如測(cè)試一款無人駕駛汽車，如果把現(xiàn)實(shí)世界的物理規(guī)則輸入電腦，用數(shù)字孿生去模擬現(xiàn)實(shí)世界的各種情況，進(jìn)行汽車參數(shù)和路況參數(shù)的計(jì)算，就可得出相應(yīng)的結(jié)果。在這種情況下造一輛車的成本和周期會(huì)大大縮小，不僅能很快定位問題，并且測(cè)試人員的安全也將得到保證。

當(dāng)然，汽車領(lǐng)域只是數(shù)字孿生里的一個(gè)很小的應(yīng)用，相同的技術(shù)原理，在各個(gè)領(lǐng)域都會(huì)帶來突破性的成果，如醫(yī)療領(lǐng)域用來模擬手術(shù)，找出最佳治療方案，在生物領(lǐng)域模擬消滅病毒的方式，幫助快速尋找制作疫苗的最優(yōu)解，交通行業(yè)模擬塞車，建筑行業(yè)用來模擬大樓建設(shè)等，各行各業(yè)數(shù)字孿生應(yīng)用潛力巨大。

數(shù)字孿生城市就是目前最火熱的賽道之一，如同精致的沙盤布局，將每一條街道、每一座建筑、每一條管道都一一還原在虛擬空間中，城市全要素?cái)?shù)字化能更直觀地協(xié)助優(yōu)化建設(shè)決策、實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)管理監(jiān)控、針對(duì)未來發(fā)展進(jìn)行有效預(yù)測(cè)等。中國(guó)信息通信研究院曾在有關(guān)報(bào)告中寫道：數(shù)字孿生城市具有精準(zhǔn)映射、虛實(shí)融合、模擬仿真等核心能力，由此衍生出城市風(fēng)險(xiǎn)自動(dòng)發(fā)現(xiàn)、城市運(yùn)行規(guī)律主動(dòng)洞察、人和物軌跡追蹤回溯、事件精準(zhǔn)定位管控、決策分析推演、要素資源高效配置等多種能力，將對(duì)構(gòu)建城市現(xiàn)代化治理體系和提高治理能力提供強(qiáng)有力的支撐。

2022年，國(guó)家層面，發(fā)改委、科技部、住建部等部委出臺(tái)相關(guān)政策文件，在產(chǎn)業(yè)和技術(shù)上推動(dòng)數(shù)字孿生城市的建設(shè)，推進(jìn)城市信息模型相關(guān)技術(shù)與應(yīng)用的發(fā)展與落地，數(shù)字孿生正在從新興的技術(shù)理念，逐步成為智慧城市的“標(biāo)配”，數(shù)字孿生城市的建設(shè)迎來“整體性落地建設(shè)”探索期。

數(shù)字孿生在工業(yè)制造領(lǐng)域的應(yīng)用也同樣重要。突破物理?xiàng)l件的限制，產(chǎn)線監(jiān)控管理可視化，實(shí)現(xiàn)“透明工廠”，提高產(chǎn)品開發(fā)、設(shè)備維護(hù)與故障預(yù)測(cè)以及工藝規(guī)劃等環(huán)節(jié)工作效率，以更簡(jiǎn)單的方式幫助用戶了解產(chǎn)品性能或以更少的成本、更快的速度迭代生產(chǎn)。另外，這也將帶動(dòng)AI、VR/AR、3D等新技術(shù)與工業(yè)智能化新需求的捆綁。比如，3D可視化方向的數(shù)字孿生，通過還原機(jī)器、車間的3D模型并與真實(shí)環(huán)境同步，實(shí)現(xiàn)對(duì)零件狀態(tài)的檢修或研究以及實(shí)時(shí)廠內(nèi)工作狀態(tài)的監(jiān)測(cè)與預(yù)判；又或者利用AI模擬真實(shí)的局部環(huán)境，對(duì)空間、器械在投入使用前進(jìn)行模擬，產(chǎn)品介紹、工廠狀態(tài)、制造進(jìn)程都可以通過一個(gè)在手機(jī)上就可以打開的畫面效果進(jìn)行講解和分析，極大地降低人員上手難度并提高了廠內(nèi)溝通、訂單合作的效率。可以說，在工業(yè)制造的每一個(gè)環(huán)節(jié)數(shù)字孿生都產(chǎn)生著不同價(jià)值。

從工業(yè)到城市、從學(xué)術(shù)專業(yè)到民生應(yīng)用，數(shù)字孿生能力成為社會(huì)和企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力，其應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)越來越廣泛，對(duì)物理實(shí)體的數(shù)字化管控與優(yōu)化正從一個(gè)問題變成一個(gè)答案，開拓了企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的可行思路，以數(shù)字孿生為突破口進(jìn)行轉(zhuǎn)型持續(xù)火熱。

探索與完善

技術(shù)在不斷進(jìn)化與演變，數(shù)字孿生技術(shù)也還有很多需要完善的地方。

首先，是涉及到的5G、全域感知、運(yùn)行監(jiān)測(cè)、模擬仿真等技術(shù)成熟度還不高，數(shù)字孿生平臺(tái)模型標(biāo)準(zhǔn)化尚不明確；其次，在數(shù)據(jù)感知方面，如果物理實(shí)體的數(shù)據(jù)不夠詳盡，數(shù)字副本也會(huì)有所缺失，就會(huì)導(dǎo)致數(shù)字副本得出的預(yù)測(cè)和判斷有誤差，問題的解決也將需要芯片、傳感器、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的同步進(jìn)步；另外，數(shù)字孿生相關(guān)的算法升級(jí)、網(wǎng)絡(luò)安全、軟件整合等方面也將受到持續(xù)關(guān)注。

目前，數(shù)字孿生的產(chǎn)業(yè)圖譜已經(jīng)包含了支撐技術(shù)、基礎(chǔ)支撐層、數(shù)據(jù)互動(dòng)層、模型構(gòu)建層、仿真分析層、共性應(yīng)用層、行業(yè)應(yīng)用層、安全服務(wù)幾大板塊。2022年一些規(guī)劃文件的出臺(tái)強(qiáng)調(diào)了數(shù)字孿生未來發(fā)展的幾大方向：強(qiáng)化數(shù)字孿生技術(shù)研發(fā)和創(chuàng)新突破，加強(qiáng)與傳統(tǒng)行業(yè)深度融合發(fā)展，推動(dòng)關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)體系的制定和推廣，搶占數(shù)字孿生國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)制定權(quán)……雖然數(shù)字孿生技術(shù)還存在一定的瓶頸，但隨著其他相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字孿生將帶來更多的想象空間。

電影黑客帝國(guó)中，母體（Matrix）里萬物由代碼生成，人類的活動(dòng)、感官實(shí)際上都是由母體在控制，機(jī)器在數(shù)據(jù)收集與仿真中完成映射，但每個(gè)人的命運(yùn)仿佛就這樣被算的清清楚楚，因此，面對(duì)支撐萬億市場(chǎng)產(chǎn)業(yè)變革的技術(shù)，很多人也會(huì)好奇，數(shù)字孿生除了推動(dòng)產(chǎn)業(yè)進(jìn)步，其人文價(jià)值是否可以得到體現(xiàn)？

答案是肯定的。在數(shù)字世界進(jìn)行預(yù)判，在物理世界進(jìn)行優(yōu)化，這樣的技術(shù)或許能衍生出更多人文關(guān)懷的可能。人們不僅可以模仿已知的、有經(jīng)驗(yàn)的各種事物，還可以創(chuàng)造性地模仿各種未知的、從未體驗(yàn)過的事物，甚至創(chuàng)造出更多的聞所未聞、見所未見的各種形象。

特別是當(dāng)這種模仿與VR/AR技術(shù)結(jié)合在一起的時(shí)候，所有的場(chǎng)景都栩栩如生，直入心境。在由數(shù)字虛體構(gòu)成的虛擬世界中，在物理世界無法重復(fù)的奇妙體驗(yàn)、生動(dòng)場(chǎng)景，可以在數(shù)字空間得以實(shí)現(xiàn)，最大限度地滿足人類的感官體驗(yàn)和精神需求。

科幻電影中呈現(xiàn)的場(chǎng)景已不僅是幻想，而是悄悄發(fā)生在新時(shí)代數(shù)字應(yīng)用正在到來的變革中。

結(jié)語

面對(duì)下一個(gè)顛覆性技術(shù)，面對(duì)未知的挑戰(zhàn)，又一個(gè)改變世界的機(jī)會(huì)到來了。

（文/如初）

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TEL：010-65283855

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