数字双胞胎(什么是数字双胞胎？)

小枣君今天要给大家介绍的是一个听起来很高大上的概念——数字双胞胎。

相信很多人都听说过数字双胞胎。这几年，这个词的热度不断攀升，频频出现在各大高峰论坛的演讲话题中，引起行业内外的关注。

数字双胞胎到底是什么？谁提出来的？会给我们的生活带来怎样的改变？

带着这些问题，我们来看看今天的文章——

什么是数字双胞胎？

数字，英文名为Digital Twin，又称数字制图和数字镜像。

它的官方定义非常复杂。上面写着:

结对，充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据。，集成了多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在virtual 空中完成映射，从而反映相应物理设备的全生命周期过程。

你头晕吗？其实简单来说，数字孪生就是基于一个设备或系统，创建一个数字版的“克隆”。

这种“克隆”也被称为“数字孪生”。它是在信息平台上创建的，是虚拟的。

你可能会说，这不就是电脑上的设计图吗？CAD不行吗？

其实不然。与设计图相比，数字双胞胎最大的特点是它是对实物的动态模拟(姑且称之为“本体”)。也就是说，数字双胞胎是可以“动”的。

此外，数字双胞胎不只是“移动”。其“运动”的基础来自本体的物理设计模型，以及本体上传感器反馈的数据和本体运行的历史数据。

说白了，本体的实时状态，以及外界的环境条件，都会在“双胞胎”上重现。

工程师如果需要进行系统设计变更，或者想知道系统在特殊外界条件下的反应，可以在双胞胎身上做“实验”。这样既避免了对本体的影响，又提高了效率，节约了成本。

除了“动”，要理解数字双胞胎，还需要记住三个关键词，即“全生命周期”、“实时/准实时”、“双向”。

孪生是工业中的一个概念。在工业制造领域，有一个词叫“产品生命周期管理(PLM)”。相信很多人都听说过。

全生命周期是指数字双胞胎可以贯穿产品的整个生命周期，包括设计、开发、制造、服务、维护甚至报废回收。不仅是帮助企业把产品做得更好，更是帮助用户更好地使用产品。

实时/准实时意味着可以在本体和双胞胎之间建立全面的实时或准实时连接。它们不是完全独立的，映射关系是实时的。

双向意味着本体和twins之间的数据流可以是双向的。不仅本体可以向双胞胎输出数据，双胞胎也可以向本体反馈信息。企业可以根据twins反馈的信息对本体采取进一步的行动和干预。

数字双胞胎的起源

说到“数字双胞胎”这个概念的发明者，业内并没有明确的说法。

许多人认为数字孪生是由密歇根大学教授迈克尔·格里夫斯博士在2002年提出的。

迈克尔·格里夫斯博士

但是没有书面文献或信息支持这种说法。

在2014年发表的文章中，Michael Grieves博士曾经“追溯”到，他曾经在2002年密歇根大学PLM中心的一次演讲中提到过一些类似数字双胞胎的相关概念。他还“追溯”自己曾经在2003年的一次高管培训中提出过“实物产品的数字等价物或数字孪生物”的概念。

然而，没有确凿的文件或视频证据。

真正有文献记载的“数字孪生”概念是由美国空军事研究实验室(AFRL，空军研究实验室)提出的。

AFRL标志

2011年3月，美国空军事研究实验室结构力学部的Pamela A. Kobryn和Eric J. Tuegel做了一次演讲。题目是《基于状态的维修加结构完整性(CBM+Si)&空中框架数字孪生(基于状态的维修+结构完整性&战斗机机体数字孪生)》，首次明确提到数字孪生。

当时，AFRL希望将战斗机的维修数字化，数字孪生是他们想出的一种创新方法。

当美军空意识到数字孪生具有重大现实意义时，另一家公司也对数字孪生产生了浓厚的兴趣，那就是美国通用电气公司(GE)。

通用电气公司

美国通用电气公司在为美国国防部提供F-35联合攻击机解决方案时，发现了数字双胞胎的价值。

不知道大家还记得小枣君之前关于工业4.0的文章吗？没错，美国通用电气公司是美国先进制造战略(美国版工业4.0)的主要推手。

当时，美国通用汽车公司(GM)一直致力于工业数字化和如何构建工业互联网系统的研究。显然，数字双胞胎对于工业4.0是非常有用的，可以说是如鱼得水。

后来德国西门子(德国工业4.0的代表企业)拥抱数字孪生，视其为珍宝。

2015年前后，中国也开始跟进。当时，包括工业4.0研究院在内的国内多家研究机构和企业相继启动了与数字结对相关的研究项目。

此后，数字双胞胎的概念在互联网和业界流行开来，至今仍在流行。

数字双胞胎的价值

这只是一个数字孪生。为什么可以说会影响第四次工业革命的发展？能给传统行业带来什么好处？

我们通过一个案例来说明一下。

工业制造

孪生起源于工业制造领域。制造业也是数字双胞胎的主战场。

生产过程的数字双胞胎模型(图片来自德勤大学出版社)

我们前面介绍数字双胞胎这个概念的时候，其实也提到了这一块的内容。

在产品研发过程中，数字孪生可以虚拟构建产品的数字模型，并对其进行仿真、测试和验证。在制造过程中，可以模拟设备的运行和参数调整带来的变化。

数字孪生可以有效提高产品的可靠性和可用性，同时降低产品开发和制造的风险。

维护阶段，数字双胞胎也可以发挥重要作用。

如前所述，美国空陆军提出数字双胞胎只是为了帮助更好地维护战斗机。

利用数字孪生技术，通过对运行数据的持续采集和智能分析，可以预测维修的最佳时间点，也可以提供维修周期的参考。twin还可以提供故障点和故障概率的参考。

孪生给工业制造带来明显的效率提升和成本降低，使得几乎所有的工业巨头都趋之若鹜。

以美国通用汽车为例。他们声称，他们已经为每一台发动机、每一台涡轮机和每一台核磁共振创造了一个数字双胞胎(截至2018年，通用电气拥有120万个数字双胞胎)。

图片来自ge官网

通过这些模拟的数字模型，工程师可以在虚拟空的房间里进行调试和实验，可以让机器发挥最佳的工作性能。

国内众多工业科技企业也纷纷布局数字结对技术，包括根互联、研华科技、软通动力等。

智能城市

除了工业制造，数字双胞胎与5G和智慧城市密切相关。

我们知道，5G将开启“万物互联”的时代，它将把人类的连接技术带到一个前所未有的高度。

未来，在5G的支持下，云与终端之间可以建立更紧密的连接。这意味着更多的数据将被收集和集中在一起。

这些数据可以帮助建立更强大的数字双胞胎。比如一个数字双城。

如今，我们的城市到处都是各种各样的传感器和摄像头。借助包括5G在内的物联网技术，这些终端采集的数据可以更快地提取出来。

在数字双城中，基础设施(水、电、气、交通等)的运行状况。)和市政资源(警察、医疗、消防等)的调配。)将被传感器、摄像头和数字子系统收集，并通过包括5G在内的物联网技术传输到云端。

城市管理者基于这些数据和城市模型，构建数字双胞胎，更高效地管理城市。

相比工业制造的“产品生命周期”，城市的“生命周期”更长，数字双胞胎带来的回报更大。当然，城市数字双胞胎的部署也更加困难。

事实上，新加坡海得拉巴、印度以及中国的深圳和雄安已经在进行这方面的探索和尝试。大量投资正涌向“智慧城市+数字孪生”的应用场景。

虚拟新加坡计划

阿里的“城市大脑”、“数字平行世界”、科大讯飞的“讯飞超级大脑”，都涉及智慧城市与数字双胞胎的结合。

施工工程

基础设施也是数字双胞胎的重要应用领域。尤其是对中国这个“基建狂魔”来说，数字双胞胎的引入更是意义重大。

在修建高速公路、桥梁等基础设施之前，我们完成工程的数字化建模，然后在虚拟的digital 空空间中对工程进行模拟仿真，评估工程的结构和承载能力，还可以导入流量数据，评估工程投入使用后是否能够满足需要。

项目交付后，还可以评估项目在维护阶段能否承受特殊情况的压力。并监控潜在的事故。

除了上述领域，包括医疗、物流、环保在内的很多场景的都适用于数字孪生技术，应用场景非常广阔。

洁玉

总而言之，数字孪生是一项潜力巨大的前沿技术，会给企业带来巨大的价值回报。

也正因为如此，很多投资机构借机炒起了数字双胞胎的概念，很多企业迫不及待地拥抱数字双胞胎。

全球知名咨询公司Gartner 2019年初的调查显示，13%部署物联网的企业和组织已经应用了数字结对，62%的组织准备使用数字结对。

Gartner还将数字双胞胎列为2019年十大战略技术趋势。

但是，还是要理性看待数字双胞胎。

拥抱数字双胞胎，不仅需要深厚的技术沉淀，巨大的资金投入，还需要相应的管理水平和员工技能。

现阶段国内大部分企业不具备这个条件。如果盲目跟风，贸然上马，投资很可能血本无归。

相对而言，专注的研究、客观的评估、谨慎的投入才是打开数字孪生世界的正确姿态。

好了，今天就到这里。谢谢你的耐心。下次见！

参考资料:

1.工业4.0和数字结对，德勤

2.谁提出了数字双胞胎？“，工业4.0研究院

3.数字结对:为城市和你创造一个虚拟副本

4.“数字结对:创造活力产品和重塑客户体验的”，埃森哲