數(shù)字孿生（Digital Twin）是近幾年在各峰會論壇和科技行業(yè)中不斷出現(xiàn)的一個詞匯，不管是智能制造、智慧城市還是物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)等，這些熱門的新興概念似乎都與“數(shù)字孿生”密切相關(guān)。
數(shù)字孿生與這些新興概念有什么關(guān)系？
數(shù)字孿生具體是什么概念？
數(shù)字孿生是如何一步步發(fā)展起來的？
希望通過本文幫助大家消除上述疑問。
一.
影視作品中的平行世界
在正式介紹數(shù)字孿生的起源和發(fā)展之前，我們先來回顧一個大家比較熟悉的科幻概念——“平行世界”。
“平行世界”是諸多經(jīng)典電影中常見的場景，比如在2010年上映的《盜夢空間》中，現(xiàn)實世界的人通過做夢可以進入第一層夢境的平行世界，第一層夢境的人還可以再進入第二層夢境，甚至不斷疊加，夢境中有現(xiàn)實世界的投影，幾乎一模一樣，最重要的是，在夢境中可以獲取現(xiàn)實世界中難以獲得的信息，通過在夢境中植入理念來影響現(xiàn)實世界的事務(wù)走向。
《盜夢空間》
《盜夢空間》的平行世界是由人腦直接構(gòu)造的，而1999年上映的《黑客帝國》和《異次元駭客》和2011年上映的《源代碼》是由電腦程序構(gòu)建的仿真世界。這些平行世界或是完全模擬真實世界構(gòu)建，或是參照真實世界構(gòu)建，通過觀測或與這些平行世界進行互動，可以獲得改進現(xiàn)實世界的信息和解決方案，從而影響現(xiàn)實世界事務(wù)的發(fā)展方向。
《異次元駭客》
這種“構(gòu)建平行世界，并借助平行世界影響現(xiàn)實世界”的模式就是數(shù)字孿生的核心思想。
二.
數(shù)字孿生的概念提出
數(shù)字孿生（英文名Digital Twin）概念最常見的來源說法是2011年3月美國空軍研究實驗室（AFRL，Air Force Research Laboratory）Eric J.Tuegel的一次演講中提出的：
2011年3月演講資料
而筆者在網(wǎng)絡(luò)中查找到最早的一份含有Digital Twin的演講材料是2009年2月的AFRL CBM+SI Workshop中：
2009年2月演講資料
兩者是同一個機構(gòu)和人群，采用的方案也一致，均是“采集飛機的運行數(shù)據(jù)，模擬一個各運行部件實時變化的飛機，預(yù)測各部件結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)，從而指導(dǎo)飛機后續(xù)的運維工作開展”。
真實飛機數(shù)據(jù)-通過映射給虛擬數(shù)據(jù)進行實驗-再應(yīng)用至實體
盡管“數(shù)字孿生”的思想內(nèi)涵清晰，具體詞匯的來源也較清晰，但由于技術(shù)在不斷進步，這個詞匯的概念外延也在不斷變化。為保證文章的完整性以及概念的準確性，這里先給一個盡量簡單但相對抽象的定義描述：
數(shù)字孿生是“將現(xiàn)實空間中的人、物、關(guān)系、過程等對象”復(fù)現(xiàn)為“信息空間中的數(shù)字模型（數(shù)字孿生體）”，并通過觀測、分析、推演和操作數(shù)字孿生體來實現(xiàn)對現(xiàn)實對象的研究和控制。
下面我們會將“相關(guān)技術(shù)發(fā)展”和“數(shù)字孿生的主要應(yīng)用場景”相結(jié)合，進行具體說明。
三.
數(shù)字孿生的發(fā)展與應(yīng)用
作為一個高級復(fù)合概念，數(shù)字孿生與最近幾十年的多種技術(shù)有千絲萬縷的關(guān)系，我們選取其中八種逐個簡要介紹，幫助大家深入了解其前世今生。
1.數(shù)字可視化
數(shù)字可視化的直觀體現(xiàn)是圖表和圖像，通過將數(shù)字信息轉(zhuǎn)化為圖形圖像等形式，讓人們能更簡單更快速的獲取到數(shù)字背后的核心信息，從而加速基于數(shù)據(jù)的客觀決策形成。這種技術(shù)雖然看起來“貌不驚人”，但卻是后續(xù)一系列技術(shù)的基礎(chǔ)和核心。
數(shù)字的核心信息通過圖像圖表進行展示
2.仿真技術(shù)
仿真技術(shù)可以看做是進階版的數(shù)字可視化或者最簡化版本的數(shù)字孿生。通過一些仿真應(yīng)用和仿真軟件，建立一些模擬真實場景的模型，幫助人們驗證新的想法和方案。比如通過軟件模擬一個特定外形的火車頭形狀，查看其受不同風速的阻力影響有多大；或者渲染一個房屋裝修效果圖，讓房屋業(yè)主看看是否符合自己心意。
VR實景看房
3.虛擬現(xiàn)實
基于數(shù)字可視化和仿真技術(shù)，通過計算機模擬出的逼近現(xiàn)實的虛擬環(huán)境讓人有更深層次的沉浸感受，人們能夠通過熟悉的方式與虛擬環(huán)境進行交互，獲取信息或執(zhí)行任務(wù)操作。比如2021年春晚的虛擬人歌舞演唱，各種VR游戲等。
VR游戲
4.大數(shù)據(jù)
大數(shù)據(jù)這個詞最近十幾年特別火，簡單解釋就是IT技術(shù)不斷發(fā)展，讓人們可以便捷的搜集、分析和存儲巨量的數(shù)據(jù)。比如全中國所有人最近一年在網(wǎng)上瀏覽的所有商品，通過整合數(shù)據(jù)判斷出任意指定人、在任意時期的興趣偏好，從而指導(dǎo)商家對其商品或娛樂活動進行精準推薦。大數(shù)據(jù)技術(shù)的成熟讓大場景下的數(shù)字孿生從理論可行變得觸手可及。
后臺通過分析用戶反饋數(shù)據(jù)來調(diào)整商品推薦
5.人工智能
人工智能可以通過各種算法和技術(shù)模擬，生成一些能對外界事務(wù)做出分析、判斷、反應(yīng)的智能模型或機器。比如模仿人反復(fù)下圍棋總結(jié)技巧，并最終戰(zhàn)勝中國圍棋國手柯潔的Google圍棋機器人模型Alpha Go，代替人類執(zhí)行自動駕駛技術(shù)的特斯拉自動駕駛模型等。
“圍棋機器人Alpha Go”VS“中國圍棋國手柯潔”
6.物聯(lián)網(wǎng)
物聯(lián)網(wǎng)指通過各類傳感器等進行數(shù)據(jù)收集和匯總，形成對各類物體的深入了解。比如這條道路上的所有車輛車速為多少，哪些路口方向的路燈現(xiàn)在是紅燈，哪里目前在堵車，哪里將會堵車。
物聯(lián)網(wǎng)與生活服務(wù)關(guān)系圖
7.工業(yè)4.0
工業(yè)4.0是數(shù)字孿生的一個經(jīng)典應(yīng)用，通過整合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和人工智能技術(shù)，工廠將生產(chǎn)設(shè)備、無線信號連接和傳感器集成到一個生態(tài)系統(tǒng)中，這個生態(tài)系統(tǒng)可以復(fù)現(xiàn)整個流水線當前的運行狀態(tài)，監(jiān)督整個生產(chǎn)線流程甚至自主執(zhí)行決策修復(fù)。比如判斷哪個零件中有虛焊現(xiàn)象屬于次品，在哪個環(huán)節(jié)把次品推出正常流水線，如何自動調(diào)度資源、給今日訂單補充生產(chǎn)新的良品等。
參考：德勤工業(yè)4.0數(shù)字化制造企業(yè)和數(shù)字化供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)系列報告
8.智慧城市
智慧城市是近年來數(shù)字孿生除工業(yè)4.0之外的另一個熱門應(yīng)用場景。通過傳感器和信息系統(tǒng)連接，城市運營的各類信息被融合到一起，形成一個數(shù)字化的孿生城市，通過對這個孿生城市添加自動化智能化干預(yù)算法或者配備分析調(diào)度員，推動城市交通、安全、民生、環(huán)保等的實時監(jiān)控與及時干預(yù)，以促進其高效運轉(zhuǎn)。比如整合分布在城市各個角落的煙霧探測器和攝像頭，自動化精準識別城市中的火災(zāi)險情，自動報告最近的消防機構(gòu)，調(diào)控交通信號燈并引導(dǎo)消防車輛，協(xié)助城市消防保衛(wèi)市民人身和財產(chǎn)安全等。
智慧城市主要應(yīng)用領(lǐng)域與價值
