安歌科技：數字孿生的前世

近年來，被各行各業反復提到的高頻詞、熱點詞、關鍵詞中，“數字孿生”一定榜上有名，全球IT研究與顧問咨詢公司Gartner連續三年將數字孿生列為十大戰略科技發展趨勢之一。同時，數字孿生由于其應用面廣泛的特點，在大如智慧城市、數字城市，水利、天然氣工程建設，小到產線監測、設備狀態監測都得到了廣泛應用。

因此不少小伙伴都會對“數字孿生”感覺既熟悉又陌生，那么，數字孿生的發展歷史是怎樣的?這項技術可以實現怎樣的需求?目前在哪些方面得到了應用又與我們的生活有什么關系?

對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字孿生的“前世”與“今生”。

數字孿生究竟是什么?

數字孿生(Digital Twins)也叫：信息鏡像模型、Cyber-Physical System(CPS)。數字孿生的名詞詳細解釋為：“數字孿生是充分利用物理模型、傳感器更新、運行歷史等數據，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。

人體數字孿生技術

如果你覺得上述解釋太官方、不容易理解的話，那我們來舉一個簡單的例子，比如先通過計算機在虛擬世界建一個與你一模一樣數字的模型，而后通過你隨身佩戴的智能手環、血氧儀、血壓計、血糖儀等智能穿戴裝備、傳感器實時記錄下你身體的內的各項指標，并向后臺發送各種你身體的參數，你變化了，數字模型也變化了，把人換成機械、生產線、建筑同理。因此，我們可以這樣理解，數字孿生就是一面三維的、透視的鏡子，隨時隨地跟隨著你的變化而變化。

航空器數字孿生

所以，數字孿生是一種超越現實的概念，可以被視為一個或多個重要的、彼此依賴的數字映射系統。

關于數字孿生的誕生歷史有多種說法，但尚未形成權威的定義，這里為大家一一列出：

說法一，密歇根大學的 Michael Grieves 博士率先提出，并命名為“信息鏡像模型”(Information Mirroring Model)，而后演變為“數字孿生”。據其自稱，他曾在2002年密歇根大學PLM中心一次演講中、2003年的一次高管培訓上都提出了數字孿生的概念(順便說一下，中國數字孿生研究先行者陶飛教授也是密歇根大學的訪問學者，因此這個說法具有一定可信度)。

Michael Grieves 博士

說法二，美國國防部最早提出利用Digital Twin技術，用于航空航天飛行器的健康維護與保障。首先在數字空間建立真實飛機的模型，并通過傳感器實現與飛機真實狀態完全同步，這樣每次飛行后，根據結構現有情況和過往載荷，及時分析評估是否需要維修，能否承受下次的任務載荷等。

說法三，2012 年 NASA 給出了數字孿生的概念描述：數字孿生是指充分利用物理模型、傳感器、運行歷史等數據，集成多學科、多尺度的仿真過程，它作為虛擬空間中對實體產品的鏡像，反映了相對應物理實體產品的全生命周期過程。

波音777 X

但是無論怎么說，有記載的、將數字孿生初期技術應用在商業實戰領域的案例是：2010年前后波音公司在研制新款波音-777客機的整個研發過程都沒有使用過任何的圖紙模型，所涉及的300多萬個零部件完全依靠數字孿生技術進行模擬、實驗。據報道，該技術幫助波音公司減少了50%的返工量，有效縮短了40%的研發周期。

數字孿生在中國

北京航天航空大學陶飛教授

2009在美國密歇根大學從事先進制造技術和信息化方向研究學者陶飛回到中國，被直評為北京航天航空大學副教授，在美國了解到數字孿生技術種種優勢的陶飛教授決定將這項最新的技術在國內研究并推廣，他召集了十余名研究生創造中國第一個數字孿生研究小組，自此開啟了一段長達數十年的研究之路。從組建團隊到理論探索，再到技術的攻關、實際應用案例的部署和研發，陶飛教授的團隊成為了國內最早一批研究數字孿生技術的學者。

第一屆數字孿生與智能制造服務學術研討會合影

從2010年第一篇數字孿生研究論文被退稿，到2019年世界頂級期刊《Nature》向陶飛的團隊發出邀請，再到同年與航天五院建立合作關系、在衛星總裝車間的設計部署及驗證上成功落地。十年堅持不懈的努力，從被退稿走向了受邀撰稿，不僅僅意味著陶飛團隊的成功與研究閉環，更代表著中國在數字化轉型、智能化升級和制造能力的提升受到了國際的關注與認可。

（來源：安歌科技供稿）