人類社會(huì)自計(jì)算機(jī)產(chǎn)生以來(lái)，改變了傳統(tǒng)的科學(xué)研究方法，影響了科學(xué)發(fā)展的速度和方向，逐步形成了“計(jì)算科學(xué)”（Computational Science）。數(shù)字孿生體作為物理世界和數(shù)字空間交互的體系，歸屬于計(jì)算科學(xué)，目前正朝一門新科學(xué)方向發(fā)展。
2009年DARPA提出數(shù)字孿生體概念，其目的是為了找到復(fù)雜系統(tǒng)的計(jì)算科學(xué)方法。事實(shí)證明，數(shù)字孿生體給人們認(rèn)識(shí)復(fù)雜系統(tǒng)提供了新思路，大大簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)系統(tǒng)工程的方法，并為智能化發(fā)展提供了理論基礎(chǔ)。
在數(shù)字孿生體產(chǎn)生之前，全球科學(xué)研究機(jī)構(gòu)提出了基于仿真的系統(tǒng)工程等方法，但在實(shí)際應(yīng)用中效果并不突出，這是因?yàn)楫?dāng)時(shí)計(jì)算科學(xué)還不夠成熟，受傳統(tǒng)的仿真理論和實(shí)踐影響非常大，正如美國(guó)工程院專家所講，當(dāng)多個(gè)學(xué)科融合發(fā)展的時(shí)候，提出新概念來(lái)描述新科學(xué)的產(chǎn)生，是一種必然的選擇。
托馬斯·庫(kù)恩在1962年出版的《科學(xué)革命的結(jié)構(gòu)》中，闡釋了常規(guī)科學(xué)和科學(xué)革命的本質(zhì)，為我們認(rèn)識(shí)新范式產(chǎn)生過(guò)程提供了方法。庫(kù)恩對(duì)以探索和總結(jié)自然現(xiàn)象之規(guī)律的傳統(tǒng)科學(xué)分析較深入，但對(duì)于計(jì)算科學(xué)等沒(méi)有給予足夠的關(guān)注。
科學(xué)一般分為形式科學(xué)、自然科學(xué)、社會(huì)科學(xué)和應(yīng)用科學(xué)，應(yīng)用科學(xué)中有一小類屬于交叉科學(xué)，它是兩個(gè)或兩個(gè)以上不同學(xué)科的邊緣交叉領(lǐng)域產(chǎn)生的新學(xué)科類別。數(shù)字孿生體涉及到計(jì)算科學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)及工程學(xué)等多種科學(xué)，它是典型的交叉科學(xué)。
在過(guò)去10年期間，DARPA、美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室、麻省理工學(xué)院、劍橋大學(xué)和工業(yè)4.0研究院等對(duì)數(shù)字孿生體科學(xué)做了積極的探索和研究，逐步建立了一定的知識(shí)體系?？茖W(xué)是一種系統(tǒng)性的知識(shí)體系，以此來(lái)判斷，數(shù)字孿生體科學(xué)正在形成中。
當(dāng)我們跳出科學(xué)研究范疇，進(jìn)入行業(yè)應(yīng)用探索領(lǐng)域，數(shù)字孿生體呈現(xiàn)了完全不同的景象。
由于數(shù)字孿生體概念具有通俗易懂的特點(diǎn)，企業(yè)把已有產(chǎn)品和解決方案包裝成數(shù)字孿生體，有助于提升銷售業(yè)績(jī)，國(guó)內(nèi)外企業(yè)紛紛往數(shù)字孿生體靠攏。傳統(tǒng)的CAD、仿真和PLM企業(yè)搖身一變，成為了數(shù)字孿生體“龍頭企業(yè)”；一些做BIM、VR或游戲的企業(yè)，開(kāi)始介入智慧城市等領(lǐng)域，通過(guò)“拍電影”的方式展示數(shù)字孿生體。
這當(dāng)然不是數(shù)字孿生體科學(xué)的核心。
本人在《數(shù)字孿生體》一書(shū)中，對(duì)其本質(zhì)進(jìn)行了闡釋，即數(shù)字孿生體具有開(kāi)放架構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)前向兼容，滿足可持續(xù)改進(jìn)的需要。
目前的工程實(shí)踐還不具有這樣的特征，因?yàn)楝F(xiàn)有工具還是傳統(tǒng)的CAD、BIM或仿真軟件，它們都不是為了數(shù)字孿生體科學(xué)開(kāi)發(fā)的，不能真正實(shí)現(xiàn)可持續(xù)改進(jìn)等功能。正如DARPA所講，要構(gòu)建數(shù)字孿生體科學(xué)體系，需要開(kāi)發(fā)一系列的工具。
工業(yè)4.0研究院判定，數(shù)字孿生體科學(xué)未來(lái)10年發(fā)展，需要建設(shè)新型基礎(chǔ)設(shè)施，這是其持續(xù)發(fā)展的前提和必要條件。
從技術(shù)革命周期的視角來(lái)看，數(shù)字孿生體科學(xué)需要完成基礎(chǔ)理論研究，毫無(wú)疑問(wèn)，用建模與仿真的傳統(tǒng)觀念去看待數(shù)字孿生體，不足以體現(xiàn)它在人類社會(huì)發(fā)展進(jìn)程中的地位和意義。
世界各國(guó)正在爭(zhēng)奪第四次工業(yè)革命制高點(diǎn)，如果僅僅限于大家耳熟能詳?shù)娜斯ぶ悄?、大?shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)等內(nèi)容，中國(guó)不太可能失去未來(lái)產(chǎn)業(yè)機(jī)遇；但如果是某種大家認(rèn)識(shí)不深，甚至于似曾相識(shí)的概念體系，當(dāng)它們代表了未來(lái)發(fā)展的主流，任何國(guó)家錯(cuò)過(guò)的代價(jià)會(huì)非常巨大。
日本上個(gè)世紀(jì)80年就遇到這樣的問(wèn)題，當(dāng)時(shí)它希望創(chuàng)造“智能制造”范式，借此打造“教科書(shū)”式的科學(xué)體系。美國(guó)對(duì)未來(lái)的判定更為準(zhǔn)確，它專注到基于開(kāi)放架構(gòu)的工業(yè)數(shù)據(jù)體系建設(shè)，為美國(guó)先進(jìn)制造穩(wěn)步發(fā)展提供了支撐。當(dāng)時(shí)兩個(gè)國(guó)家的選擇，決定了它們過(guò)去30年的命運(yùn)。
面向未來(lái)的顛覆性創(chuàng)新，大都是某種內(nèi)生技術(shù)應(yīng)用的結(jié)果，即在科學(xué)層面有原理上的突破，它將創(chuàng)造新的技術(shù)路徑，改變傳統(tǒng)的工程方法。美國(guó)一直強(qiáng)調(diào)的抵消戰(zhàn)略，其核心就是“創(chuàng)造”新的路徑，這是建立在基礎(chǔ)科學(xué)研究前提下的。
大量證據(jù)顯示，美國(guó)正在加緊打造數(shù)字孿生體科學(xué)體系，從根本上解決物理世界數(shù)字化的挑戰(zhàn)，讓物理世界的運(yùn)行實(shí)現(xiàn)低成本化和可持續(xù)改進(jìn)等目標(biāo)。如果可以達(dá)到這樣的目標(biāo)，那么美國(guó)在互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中積累的經(jīng)驗(yàn)將再次發(fā)揮作用。
中國(guó)當(dāng)前迫切需要解放思想，敢于面向未來(lái)探索新科學(xué)，為人類社會(huì)邁向第四次工業(yè)革命做出應(yīng)有之貢獻(xiàn)。
胡權(quán)：工業(yè)4.0研究院院長(zhǎng)，數(shù)字孿生體聯(lián)盟理事長(zhǎng)
