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數(shù)字孿生技術(shù)已經(jīng)存在了一段時間。2002年，密歇根大學教授邁克爾·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)品等價的虛擬數(shù)字化表達”的概念，在這之后NASA就引入了這個概念，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的運行壽命，以提高航空航天任務的成功率并以數(shù)據(jù)基礎(chǔ)高效掌握機器壽命、維護計劃等等，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)的進步與應用范圍的擴大，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、運行歷史等數(shù)據(jù)，集成多學科、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，從而反映相對應的實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)務集成、人機交互等諸多領(lǐng)域。

2021年，全球數(shù)字孿生市場規(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。

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

當然，汽車領(lǐng)域只是數(shù)字孿生里的一個很小的應用，相同的技術(shù)原理，在各個領(lǐng)域都會帶來突破性的成果，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，城市全要素數(shù)字化能更直觀地協(xié)助優(yōu)化建設(shè)決策、實現(xiàn)實時管理監(jiān)控、針對未來發(fā)展進行有效預測等。中國信息通信研究院曾在有關(guān)報告中寫道：數(shù)字孿生城市具有精準映射、虛實融合、模擬仿真等核心能力，由此衍生出城市風險自動發(fā)現(xiàn)、城市運行規(guī)律主動洞察、人和物軌跡追蹤回溯、事件精準定位管控、決策分析推演、要素資源高效配置等多種能力，將對構(gòu)建城市現(xiàn)代化治理體系和提高治理能力提供強有力的支撐。

2022年，國家層面，發(fā)改委、科技部、住建部等部委出臺相關(guān)政策文件，在產(chǎn)業(yè)和技術(shù)上推動數(shù)字孿生城市的建設(shè)，推進城市信息模型相關(guān)技術(shù)與應用的發(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)域的應用也同樣重要。突破物理條件的限制，產(chǎn)線監(jiān)控管理可視化，實現(xiàn)“透明工廠”，提高產(chǎn)品開發(fā)、設(shè)備維護與故障預測以及工藝規(guī)劃等環(huán)節(jié)工作效率，以更簡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，通過還原機器、車間的3D模型并與真實環(huán)境同步，實現(xiàn)對零件狀態(tài)的檢修或研究以及實時廠內(nèi)工作狀態(tài)的監(jiān)測與預判；又或者利用AI模擬真實的局部環(huán)境，對空間、器械在投入使用前進行模擬，產(chǎn)品介紹、工廠狀態(tài)、制造進程都可以通過一個在手機上就可以打開的畫面效果進行講解和分析，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?？梢哉f，在工業(yè)制造的每一個環(huán)節(jié)數(shù)字孿生都產(chǎn)生著不同價值。

從工業(yè)到城市、從學術(shù)專業(yè)到民生應用，數(shù)字孿生能力成為社會和企業(yè)的核心競爭力，其應用領(lǐng)域已經(jīng)越來越廣泛，對物理實體的數(shù)字化管控與優(yōu)化正從一個問題變成一個答案，開拓了企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的可行思路，以數(shù)字孿生為突破口進行轉(zhuǎn)型持續(xù)火熱。

探索與完善

技術(shù)在不斷進化與演變，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、運行監(jiān)測、模擬仿真等技術(shù)成熟度還不高，數(shù)字孿生平臺模型標準化尚不明確；其次，在數(shù)據(jù)感知方面，如果物理實體的數(shù)據(jù)不夠詳盡，數(shù)字副本也會有所缺失，就會導致數(shù)字副本得出的預測和判斷有誤差，問題的解決也將需要芯片、傳感器、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的同步進步；另外，數(shù)字孿生相關(guān)的算法升級、網(wǎng)絡安全、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)互動層、模型構(gòu)建層、仿真分析層、共性應用層、行業(yè)應用層、安全服務幾大板塊。2022年一些規(guī)劃文件的出臺強調(diào)了數(shù)字孿生未來發(fā)展的幾大方向：強化數(shù)字孿生技術(shù)研發(fā)和創(chuàng)新突破，加強與傳統(tǒng)行業(yè)深度融合發(fā)展，推動關(guān)鍵標準體系的制定和推廣，搶占數(shù)字孿生國際標準制定權(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。

電影黑客帝國中，母體（Matrix）里萬物由代碼生成，人類的活動、感官實際上都是由母體在控制，機器在數(shù)據(jù)收集與仿真中完成映射，但每個人的命運仿佛就這樣被算的清清楚楚，因此，面對支撐萬億市場產(chǎn)業(yè)變革的技術(shù)，很多人也會好奇，數(shù)字孿生除了推動產(chǎn)業(yè)進步，其人文價值是否可以得到體現(xiàn)？

答案是肯定的。在數(shù)字世界進行預判，在物理世界進行優(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)驗的各種事物，還可以創(chuàng)造性地模仿各種未知的、從未體驗過的事物，甚至創(chuàng)造出更多的聞所未聞、見所未見的各種形象。

特別是當這種模仿與VR/AR技術(shù)結(jié)合在一起的時候，所有的場景都栩栩如生，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的奇妙體驗、生動場景，可以在數(shù)字空間得以實現(xiàn)，最大限度地滿足人類的感官體驗和精神需求。

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

結(jié)語

面對下一個顛覆性技術(shù)，面對未知的挑戰(zhàn)，又一個改變世界的機會到來了。