相信大家對(duì)“數(shù)字”“孿生”這兩個(gè)名詞都不陌生，但“數(shù)字孿生”連在一起又是什么新的概念呢？很多投資者很容易理解為就是數(shù)字的克隆或者是數(shù)字再?gòu)?fù)制一個(gè)數(shù)字，但實(shí)際上它是一個(gè)信息的概念，對(duì)物理對(duì)象在數(shù)字化世界里的一種表達(dá)。本期文章將帶你走進(jìn)數(shù)字孿生的世界，深度解析這一熱點(diǎn)。
數(shù)字孿生的概念：
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，它是利用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等技術(shù)搭建一個(gè)虛擬數(shù)字世界，通過(guò)它可以實(shí)現(xiàn)對(duì)真實(shí)物理世界的信息感知，使用戶身臨其境。
數(shù)字孿生的標(biāo)準(zhǔn)定義：數(shù)字孿生是具有數(shù)據(jù)連接的特定物理實(shí)體或過(guò)程的數(shù)字化表達(dá)，該數(shù)據(jù)連接可以保證物理狀態(tài)和虛擬狀態(tài)之間的同速率收斂，并提供物理實(shí)體或流程過(guò)程的整個(gè)生命周期的集成視圖，有助于優(yōu)化整體性能。
全息影像技術(shù)技術(shù)和數(shù)字孿生的區(qū)別：
了解數(shù)字孿生的概念后，很多投資者會(huì)覺(jué)得就是以前的全息影像技術(shù)。說(shuō)到全息影像技術(shù)，現(xiàn)在最讓人熟知的就是已故歌手鄧麗君在舞臺(tái)上的表演，觀眾不僅可以看到和真人一模一樣的虛擬化的歌手，還能聽(tīng)到和真人一模一樣的歌聲，從表象上來(lái)看都是虛擬的，它的本質(zhì)是一種顯示技術(shù)。主要是通過(guò)衍射和干涉的原理，去實(shí)現(xiàn)虛擬對(duì)象三維的可視化展現(xiàn)。只是對(duì)外觀的展現(xiàn)，但內(nèi)部結(jié)構(gòu)沒(méi)有辦法描述。數(shù)字孿生就是用來(lái)解決這些問(wèn)題的，全息影像不能反過(guò)來(lái)作用于物理實(shí)體，而數(shù)字孿生體的指令反過(guò)來(lái)可以作用物理實(shí)體上，比如開(kāi)關(guān)機(jī)、加減速等。此外全息影像不會(huì)思考和分析，但數(shù)字孿生體是有思考能力和學(xué)習(xí)能力的。
數(shù)字化模型與物理實(shí)體的關(guān)系:
數(shù)字化模型與物理實(shí)體是交互與共生的關(guān)系。數(shù)字化模型就像影子一樣，永遠(yuǎn)不會(huì)消失，這個(gè)影子實(shí)際上就是物理實(shí)體的數(shù)字孿生體，也就是物理實(shí)體的狀態(tài)能夠?qū)崟r(shí)更新到數(shù)字孿生體中。數(shù)字孿生體本身還具備會(huì)思考的能力，它在物理實(shí)體運(yùn)作時(shí)判斷是否會(huì)出現(xiàn)某些故障，作出預(yù)判后，能夠及時(shí)的通過(guò)虛擬層面的數(shù)字孿生體去控制物理實(shí)體，這就是交互。共生則是有了物理實(shí)體和它的孿生體，它倆是相伴一生的。
數(shù)字孿生的生態(tài)系統(tǒng)：
數(shù)字孿生的生態(tài)系統(tǒng)架構(gòu)慢慢趨于完善。數(shù)字孿生包括“基礎(chǔ)支撐”、“數(shù)據(jù)互動(dòng)”、“模型構(gòu)建”、“仿真分析”、“共性應(yīng)用”、“行業(yè)應(yīng)用”六大核心模塊，對(duì)應(yīng)從設(shè)備、數(shù)據(jù)到行業(yè)應(yīng)用的全生命周期。
基礎(chǔ)支撐層是數(shù)字孿生的底層架構(gòu)部分?；A(chǔ)支撐層主要包括芯片、傳感器、邊緣計(jì)算和監(jiān)控，用于數(shù)字孿生中數(shù)據(jù)的采集和向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送。數(shù)據(jù)互動(dòng)層是數(shù)字孿生的信息互動(dòng)部分。數(shù)據(jù)互動(dòng)層為數(shù)字孿生提供軟件定義的工具和平臺(tái)支持，從而完成數(shù)字孿生中的的信息采集、信息傳輸與同步和信息增強(qiáng)。其中信息采集、信息傳輸與同步和信息增加分別對(duì)應(yīng)著數(shù)據(jù)上云、數(shù)據(jù)對(duì)齊與融通、數(shù)據(jù)清洗與分類。模型構(gòu)建層是數(shù)字孿生的核心組成部分。模型構(gòu)建層提供獲取數(shù)據(jù)和建立數(shù)字化模型服務(wù)，包括測(cè)繪掃描、幾何建模、網(wǎng)格剖分、系統(tǒng)建模、流程建模、組織建模等技術(shù)。
發(fā)展歷程：
數(shù)字孿生并不是新發(fā)展起來(lái)的，實(shí)際上他已經(jīng)經(jīng)歷了幾十年的風(fēng)雨，只是一開(kāi)始命名為“鏡像的空間模型”，后面才慢慢演變?yōu)?ldquo;數(shù)字孿生”
21世紀(jì)初期數(shù)字孿生的概念被正式提出。2014起，美空軍組織洛馬、波音、諾格、通用電氣、普惠等公司開(kāi)展了一系列應(yīng)用研究項(xiàng)目，數(shù)字孿生理論與技術(shù)體系初步建立。美國(guó)防部、NASA、西門子等公司開(kāi)始接受這一概念并對(duì)外推廣。隨著工業(yè)4.0，智能制造等技術(shù)和發(fā)展戰(zhàn)略的不斷出臺(tái)，數(shù)字孿生技術(shù)逐步成為智能制造的一個(gè)基本要素，并得到了各方的普遍關(guān)注。
應(yīng)用領(lǐng)域：
數(shù)字孿生具有互操作性、可擴(kuò)展性、實(shí)時(shí)性、保真性、閉環(huán)性的特點(diǎn)，所以它在很多領(lǐng)域都得到了應(yīng)用。下面列舉幾個(gè)常見(jiàn)的應(yīng)用領(lǐng)域：
航空航天領(lǐng)域：最早，美國(guó)國(guó)家航空航天局使用數(shù)字孿生對(duì)空間飛行器進(jìn)行仿真分析、檢測(cè)和預(yù)測(cè)，輔助地面管控人員進(jìn)行決策。北京航空航天的陶飛等人將數(shù)字孿生應(yīng)用于車間的建設(shè)和管控。
石油領(lǐng)域：檢測(cè)石油開(kāi)采的全過(guò)程，采集數(shù)據(jù)，分析開(kāi)采設(shè)備的健康狀況。比如英國(guó)的石油公司，應(yīng)用數(shù)字孿生技術(shù)，對(duì)整個(gè)采油的工藝進(jìn)行了優(yōu)化，從原來(lái)的20多個(gè)小時(shí)縮短到了20多分鐘。
醫(yī)療領(lǐng)域：將數(shù)字孿生技術(shù)引入到心臟手術(shù)的模擬，構(gòu)建一個(gè)心臟的數(shù)字孿生體，模擬心臟的各方面機(jī)能輔助醫(yī)生做虛擬的手術(shù)，大大提高了手術(shù)的精準(zhǔn)治療。
軍事領(lǐng)域：用于作戰(zhàn)仿真試驗(yàn)，構(gòu)建動(dòng)態(tài)虛擬的作戰(zhàn)環(huán)境，將很多現(xiàn)實(shí)難以實(shí)現(xiàn)的作戰(zhàn)環(huán)境用數(shù)字孿生技術(shù)來(lái)完成，培養(yǎng)智能化、無(wú)人化的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境保障人才。全國(guó)人大代表&陸軍研究院正高級(jí)工程師王明孝表示：要加快數(shù)字孿生技術(shù)的軍事應(yīng)用，技術(shù)干部要把研究課題向部隊(duì)傾斜，向戰(zhàn)場(chǎng)傾斜，為作戰(zhàn)訓(xùn)練奠定好基礎(chǔ)，為打贏戰(zhàn)爭(zhēng)作好技術(shù)支撐。
建設(shè)領(lǐng)域：以歐特克公司為代表的工程建設(shè)類軟件供應(yīng)商，將數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用于建筑、工廠、基礎(chǔ)設(shè)施等建設(shè)領(lǐng)域，把建筑和基礎(chǔ)設(shè)施看做產(chǎn)品進(jìn)行全生命周期的管理。
數(shù)字孿生城市:雄安新區(qū)就是國(guó)內(nèi)首個(gè)依照數(shù)字孿生理念設(shè)計(jì)的城市。數(shù)字孿生城市可以對(duì)城市的街道、社區(qū)、醫(yī)院、商業(yè)區(qū)、紅綠燈、甚至污水管道、排水系統(tǒng)等進(jìn)行模擬，實(shí)現(xiàn)信息資源的左右分配。
關(guān)于數(shù)字孿生城市，很多城市也出臺(tái)了相關(guān)政策，相信很快就會(huì)有越來(lái)越多的數(shù)字孿生城市落地建成。如：上海、浙江等地開(kāi)展試點(diǎn)示范，以CIM為基礎(chǔ)推動(dòng)數(shù)字孿生城市建設(shè)。2020年10月，上海市提出“面向數(shù)字時(shí)代的城市功能定位，加強(qiáng)軟硬協(xié)同的數(shù)字化公共供給，加快推動(dòng)城市形態(tài)向數(shù)字孿生演進(jìn)”，臨港新片區(qū)試點(diǎn)數(shù)字孿生城市建設(shè)，打造上海數(shù)字化轉(zhuǎn)型示范區(qū)。浙江省發(fā)布數(shù)字孿生建設(shè)首批試點(diǎn)清單，將數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用于地鐵安全管理、大型交通樞紐安全管理等十大領(lǐng)域。2021年1月，深圳市《關(guān)于加快智慧城市和數(shù)字政府建設(shè)的若干意見(jiàn)》中提出，構(gòu)建可視化城市空間數(shù)字平臺(tái)，探索“數(shù)字孿生城市”。2021年8月，天津市提出加快城市信息模型（CIM）平臺(tái)建設(shè)，推進(jìn)CIM平臺(tái)在城市體檢、城市安全、工程管理和住房管理等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。2020年10月，《廣東省推進(jìn)新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)三年實(shí)施方案》，加快CIM平臺(tái)賦能生態(tài)環(huán)境、公共安全、公共交通、政務(wù)司法等，實(shí)現(xiàn)城市精細(xì)化、智慧化管理。
結(jié)語(yǔ)：
目前，中國(guó)正處于一個(gè)迎頭趕上的狀態(tài)，在數(shù)字孿生技術(shù)的研究上起步較晚，但加速度非常的快。在國(guó)際上第一個(gè)提出數(shù)字孿生車間的概念，這個(gè)概念目前被國(guó)內(nèi)乃至國(guó)際上一百多個(gè)高校來(lái)跟蹤研究。比如空客，就將這個(gè)理念應(yīng)用到了他們的直升機(jī)設(shè)計(jì)中。所以小編認(rèn)為，數(shù)字孿生對(duì)整個(gè)社會(huì)的發(fā)展是有著巨大的意義的，投資者們可持續(xù)關(guān)注這一賽道。
