時至今日，物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為人盡皆知的重要概念，并在全球范圍內(nèi)掀起一波新的技術(shù)浪潮，但與之對應(yīng)，數(shù)字孿生的知名度明顯沒那么高。所謂數(shù)字孿生，是指利用物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備傳回的數(shù)據(jù)流構(gòu)建而成的數(shù)字化空間。除了區(qū)塊鏈與人工智能等新興技術(shù)，數(shù)字孿生對于下一次工業(yè)革命也有著至關(guān)重要的推動作用，因此預(yù)計2023年相關(guān)行業(yè)總值將達到133億美元。
數(shù)字孿生——物聯(lián)網(wǎng)的核心所在
數(shù)字孿生，是指通過計算機程序為物理世界建立一套數(shù)字化表示，而這里的計算機程序需要使用來自現(xiàn)實世界及周邊環(huán)境的數(shù)據(jù)流建立起模擬模型，用以預(yù)測產(chǎn)品或流程的運作效果、同時避免物理對象發(fā)生故障，最終降低實際成本。數(shù)字孿生可以通過預(yù)測分析、監(jiān)控與研究不同場景下的各類行為提供準(zhǔn)確預(yù)判，根據(jù)2017年德勤與畢馬威發(fā)布的《炒作之外：解讀工業(yè)4.0與數(shù)字孿生》報告，數(shù)字孿生技術(shù)有望徹底顛覆眾多現(xiàn)有流程。
“如果說二十一世紀(jì)下的信息就是新的石油，那么分析工具就是新的內(nèi)燃機。”——Peter Sondergaard
要成功實現(xiàn)數(shù)字孿生，一大前提就是保證素材信息可靠無誤且盡可能準(zhǔn)確。此外，信息安全也應(yīng)得到有力保障，因為這類內(nèi)容一旦外泄、往往會引發(fā)巨大的經(jīng)濟損失。正因如此，區(qū)塊鏈作為可行的解決方案才格外值得關(guān)注，并成為數(shù)字孿生發(fā)展中不可或缺的好伙伴。
在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，一切數(shù)據(jù)必須牢牢把握兩個基本點：可訪問、可理解，而數(shù)字孿生的普及趨勢也正是由此而發(fā)。隨著物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的普及，數(shù)字孿生能夠大大簡化應(yīng)用流程，依靠從容穩(wěn)妥的數(shù)據(jù)流處理能力容納更多現(xiàn)實世界中各位置或?qū)ο蟮膶崟r信息。換句話說，數(shù)字孿生就如同一種中介，負(fù)責(zé)將來自物理世界的數(shù)據(jù)與需要使用這些數(shù)據(jù)的應(yīng)用程序?qū)悠饋?，再以?shù)字化方式加以呈現(xiàn)。
如前所述，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備收集的所有數(shù)據(jù)必定要匯聚于一處；在擁有數(shù)字孿生副本的情況下，副本自然就是這個匯聚目標(biāo)。以此為基礎(chǔ)，包含大量數(shù)據(jù)并可以放心作為“事實來源”的數(shù)字孿生就成為后續(xù)應(yīng)用程序和軟件集成的理想平臺。目前，數(shù)字孿生技術(shù)的開發(fā)和創(chuàng)建主要面向三大用途：
數(shù)字孿生原型（DTP）：
在創(chuàng)建最終實體產(chǎn)品之前，首先制作一份數(shù)字版本以觀察其行為與運作方式。
數(shù)字孿生實例（DTI）：
在產(chǎn)品創(chuàng)建完成后，可以利用數(shù)字孿生測試不同調(diào)整路線與不同使用場景，規(guī)避高昂的實體測試成本。
數(shù)字孿生聚合（DTA）：
通過一組預(yù)設(shè)的分析技術(shù)、先決條件等從DTI提供的信息當(dāng)中確定產(chǎn)品功能。
區(qū)塊鏈與數(shù)字孿生
為了提高效率、更充分的發(fā)揮數(shù)字孿生優(yōu)勢，各數(shù)字孿生副本之間必須相互連通、建立體系。正因為如此，數(shù)字孿生與對應(yīng)的資產(chǎn)必須具備可識別性，保證順利檢測并與之交互。目前的一類前瞻性解決方案采用集中式模型，其中由集中式平臺負(fù)責(zé)各數(shù)字孿生副本的注冊、身份管理與授權(quán)，借此將副本引入公共網(wǎng)絡(luò)。但這還只是過渡方案，最終目標(biāo)應(yīng)該是建立起去中心化的行業(yè)生態(tài)，擺脫中心化平臺對身份與數(shù)據(jù)的管理、進而消除商業(yè)壟斷的可能性?？紤]到這一點，將區(qū)塊鏈技術(shù)與數(shù)字孿生相結(jié)合才顯得如此重要。區(qū)塊鏈高透明度、去中心化的數(shù)據(jù)存儲加上數(shù)字孿生安全、可靠的數(shù)據(jù)交互，再輔以智能合約功能，有望在實現(xiàn)自動運營的同時、將系統(tǒng)效率和安全性提升至新的水平。
數(shù)字孿生所使用的收集信息還必須具備不可變屬性，確保實際發(fā)生的一切、由誰執(zhí)行、數(shù)據(jù)變更內(nèi)容等均有明確記錄并可隨時追溯，這就避免了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫常被網(wǎng)絡(luò)攻擊侵?jǐn)_的問題。如此一來，數(shù)字孿生信息將被存儲在數(shù)據(jù)鏈內(nèi)，并用以驗證數(shù)據(jù)來源與數(shù)據(jù)內(nèi)容。另一方面，如前文所述，這些特性與智能合約結(jié)合之后，即可通過自動化流程將各數(shù)字孿生副本連通起來、進而建立協(xié)作體系。這樣的系統(tǒng)再匹配機器學(xué)習(xí)技術(shù)，即可達成行為預(yù)測、安全分析、全局/全球連接等意義更為深遠的發(fā)展目標(biāo)。
區(qū)塊鏈技術(shù)與數(shù)字孿生結(jié)合的優(yōu)勢，在數(shù)字安全層面也有充分體現(xiàn)。各數(shù)字孿生副本間的去中心化匹配和連接，將大大提高攻擊活動突破安全層和數(shù)據(jù)層的難度。而且一旦被發(fā)現(xiàn)，惡意攻擊者將被立即清除出鏈。另外，區(qū)塊鏈的介入也將使實時數(shù)據(jù)分析成為可能，大大提高預(yù)測的準(zhǔn)確性與及時性。同時，數(shù)據(jù)完整性、正確性及抗篡改性也將得到顯著增強，再配合更好的數(shù)據(jù)存儲方式與可追溯性，無疑有益于后續(xù)研究與進一步分析。
數(shù)字孿生的優(yōu)勢與用例
正如麥肯錫公司所言，數(shù)字孿生的應(yīng)用有望將簡略提升達20%。數(shù)字孿生有助于解釋物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備收集到的數(shù)據(jù)，進而以更靈活、更高效的方式衡量業(yè)務(wù)KPI。此外，數(shù)字孿生還能為當(dāng)前正在發(fā)生的一切建立全局視圖，同時立足不同場景重建模擬環(huán)境，由此消除以往只能借助物理或真實環(huán)境進行的實體模擬，顯著降低成本并實現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化、最終迅速提升投資回報率?？梢哉f，只要掌握了正確數(shù)據(jù)，數(shù)字孿生就能幫助我們對新方案開展分析、預(yù)估和測試，無需高昂成本即可建立起新的商業(yè)模式。
數(shù)字孿生對應(yīng)的另外一些商業(yè)用例則面向制造商，例如汽車制造廠。福特公司就為旗下生產(chǎn)的各款車型開發(fā)出七套數(shù)字孿生副本。另一方面，醫(yī)療保健行業(yè)也受到技術(shù)發(fā)展的推動，為患者創(chuàng)建的數(shù)字孿生能夠提供模擬環(huán)境，幫助醫(yī)師預(yù)先測試診療方案的潛在效果。接下來是能源部門，他們可以利用數(shù)字孿生獲得更高效的設(shè)計方案，據(jù)此調(diào)優(yōu)以增強系統(tǒng)效率。最后則是智慧城市，新加坡與上海都已建立起完整的數(shù)字孿生副本，用以改善能源利用率、交通流量等……在數(shù)字孿生的支持下，我們朝著所能想象的智慧城市目標(biāo)再次邁出堅實的一步。
無論大家是否接受元宇宙這個概念，數(shù)字孿生都將在這片充滿未知的天地中作出貢獻。這個全新的純數(shù)字世界在互聯(lián)與安全層面提出諸多需求，而相應(yīng)的解決方案必須以增強現(xiàn)實或虛擬現(xiàn)實的形式呈現(xiàn)。在數(shù)字孿生的幫助下，研究人員可以將真實數(shù)據(jù)引入這片虛擬世界，在現(xiàn)實的啟迪下為最終用戶提供更加身臨其境的體驗。
