人類能夠“稱霸”地球靠的是強大的“大腦”，正是大腦的不斷進化，讓人類擁有了更為高級的智慧，強大的邏輯推理能力、思考判斷能力，以及豐富的想象力和創(chuàng)造力。數(shù)字孿生體與物理世界的互動，推理判斷，以及預(yù)測能力，跟人類大腦的功能有著異曲同工之妙。數(shù)字孿生體之所以能夠流行，在于其能夠通過互動感知、數(shù)字建模、數(shù)據(jù)分析等，影響并有效解決物理世界問題的能力。
我們需要提前知道數(shù)字孿生體和物理世界將要發(fā)生什么?！稊?shù)字孿生體爆發(fā)之謎》中，講述了數(shù)字孿生體的兩大“器官”，數(shù)字建模（軀體）和互動（神經(jīng)系統(tǒng)），這兩個系統(tǒng)使得數(shù)字孿生體具有了初步的生命特征，可以感知和驅(qū)動物理世界。但由于缺乏思考能力，目前的數(shù)字孿生體還是個“傀儡”或“僵尸”孿生體。讓數(shù)字孿生體成為更有“生命力”孿生體的是能夠產(chǎn)生理性思考、預(yù)測與判斷能力的“大腦”的進化和形成。
01
模擬仿真：數(shù)字孿生體的“左腦”
“無仿真，不孿生。”是我們對數(shù)字孿生理解的一個基本判斷。模擬仿真過程提供了數(shù)字孿生體的“左腦”。
模擬仿真是基于完整信息和明確機理計算未來，將“數(shù)化”過程建立的模型與物理機理相結(jié)合，包括材料性質(zhì)、理論規(guī)律、工程規(guī)律等，根據(jù)完整和實時的邊界條件和物理狀態(tài)，來計算和預(yù)測數(shù)字模型的下一步狀態(tài)。這種仿真不是對一個階段或一種現(xiàn)象的仿真，應(yīng)是全周期和全領(lǐng)域的動態(tài)仿真。實時邊界條件和物理對象狀態(tài)是被完整測量，可作為物理規(guī)律的完備輸入條件。模擬仿真的輸出結(jié)果必須具有確定化和無二義性的特征。“實時”二字依賴于“互動”過程的測量系統(tǒng)來保證。
此處所說的仿真是廣義仿真，那些具有明確物理機理的計算過程都屬于廣義仿真，包括物理（如流動、力學(xué)、化學(xué)等）原理確定并被實踐驗證，往往被作為成熟理論來使用，包含公理、定理、公式、數(shù)值計算、工程算法、經(jīng)驗公式等。模擬仿真采用的工具包括算法程序、各類CAE工具，譬如物理場仿真、人群仿真、交通仿真、物流仿真、組織仿真等。
通常來說，CAE有兩種類型：物理場仿真和系統(tǒng)仿真。物理場仿真的計算規(guī)模大、時間長，通常無法滿足數(shù)字孿生體與物理對象實時交互的需要；系統(tǒng)仿真則具有速度快的優(yōu)勢，通常可以達到實時交互要求。因此，在數(shù)字孿生實踐中，往往需要把物理仿真過程進行降階（ROM），抽取物理仿真的某些特性和參數(shù)，轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)仿真模型來參與計算。
我們把模擬仿真過程稱為“先知”，該過程提供了數(shù)字孿生體的“左腦”。人類的左腦專事邏輯推理和理性判斷，只要具有明確規(guī)律和邏輯，不管多復(fù)雜，總是可以通過推理獲得明確的結(jié)論，提前知道數(shù)字孿生體和物理對象將會發(fā)生什么。此時的數(shù)字孿生體就是一個有頭腦、會思考的智能孿生體，開始具有明顯的生命特征，特別是人類的理性思維特征。
02
數(shù)據(jù)分析：數(shù)字孿生體的“右腦”
數(shù)據(jù)分析過程是基于不完整信息和不明確機理來推測未來。我們的世界中，大多數(shù)現(xiàn)象的物理規(guī)律并不明確，大多數(shù)情況無法獲得完備的邊界條件和物理狀態(tài)，但我們?nèi)匀徊坏貌粚ξ磥碜龀鲱A(yù)測，哪怕是在模糊的判斷，仍然好于毫無判斷。如果要求數(shù)字孿生體越來越智能和智慧，就不應(yīng)局限于人類對物理世界的確定性知識。其實人類本身就不是完全依賴確定性知識而領(lǐng)悟世界的。
大數(shù)據(jù)和人工智能（AI）技術(shù)是數(shù)據(jù)分析的關(guān)鍵技術(shù)。根據(jù)通過“互動”過程收集的數(shù)據(jù)以及“先知”過程輸出的數(shù)據(jù)，利用相關(guān)性分析建立物理世界的近似模型，依據(jù)當(dāng)前邊界條件和物理狀態(tài)進行下一步狀態(tài)的預(yù)測，并且對近似模型逐步優(yōu)化。當(dāng)前邊界條件和物理對象狀態(tài)是被不完整測量的，但也只能作為近似模型的不完備輸入條件，輸出的結(jié)果當(dāng)然距離物理世界的真實情況有一定偏差。但隨著機器學(xué)習(xí)的持續(xù)，算法和模型逐步改善，近似模型會越來越逼近物理機理，預(yù)測結(jié)果也會逼近物理世界。也正是因為這個原因，業(yè)界有人將大數(shù)據(jù)（及AI）視為科學(xué)研究的“第四范式”，科研方法從傳統(tǒng)的三種方法——理論、實驗、計算拓展到第四種方法——大數(shù)據(jù)（及AI）。
我們把這個過程稱為“先覺”，提供了數(shù)字孿生體的“右腦”。人類的右腦專事感性思維，利用直覺和第六感來獲得對世界的判斷和預(yù)測。當(dāng)然這里指的直覺那種優(yōu)秀的直覺，而非普通人的直覺。優(yōu)秀的直覺源于對豐富經(jīng)歷和有效經(jīng)驗的高度總結(jié)，還需要經(jīng)常性的深度思考和遠期了望。我們的社會中確有一類具有這種優(yōu)秀和敏銳直覺的人，是他們引導(dǎo)著你的企業(yè)、機構(gòu)甚至人類的發(fā)展方向。
03
數(shù)字孿生體的突破
數(shù)字孿生體將撐起數(shù)字化之輪，但又不止于數(shù)字化?！稄暮诳偷蹏綌?shù)字孿生》文中講到，數(shù)字孿生體的突破在于：數(shù)字世界不滿足于展現(xiàn)一個舊的物理世界，還要模擬新的物理世界；既要實時接受物理世界信息，還要預(yù)測物理世界；既要接受物理世界的操縱，更要反過來驅(qū)動物理世界；數(shù)字世界要進化為物理世界的先知、先覺甚至超體。
這個演變過程稱為成熟度進化，即一個數(shù)字孿生體的生長發(fā)育將經(jīng)歷數(shù)化、互動、先知、先覺和共智等幾個過程。這里首先要強調(diào)互動，因為沒有實時互動，數(shù)字世界和物理世界之間其實是偽孿生。其次，我們提出“數(shù)字孿生體是仿真應(yīng)用新巔峰”這一論斷，因為在數(shù)字孿生體成熟度進化的每個過程中，仿真都扮演著不可或缺的角色。另外，我們不應(yīng)局限于人類對物理世界的確定性知識，大數(shù)據(jù)和AI可以基于不完整信息和不明確機理來推測未來，從而讓數(shù)字孿生體越來越智能和智慧。
