安世亚太田锋：数字孪生体进化论

数字孪生已成为本年最炙手可热的观念。这一观念的最大利益是详细直观，易于领略。望文生义也好，顾名思义也罢，嗣魅者言语一出，听者便猜出或许。与此有关的文章铺天盖地，讲座也层出不穷，但大大都要么逗留在溯源和观念层面，要么评论某个详细案例，缺乏体系的理论框架。许多案例拭浇殓已存在的案例穿了数字孪生马甲出来蹭蹭热度。纵然是套用数字孪生观念的新案例，对数字孪生的领略也似是而非。涉及到详细技能的时辰，要么较量单一，要么多而零星，缺乏精密递进的逻辑。本文作者安世亚太高级副总裁、数字孪生体尝试室主任田锋，但愿在体系性和理论性方眼提高一步，从系统框架和焦点技能方面做起源厘清，从更完备全面的视角调查数字孪生系统的全貌，以期能对业界做一些菲薄孝顺。

安世亚太高级副总裁、数字孪生体尝试室主任田锋以为，数字孪生体是个具有社会性的生命体，其发生、进化和社会性，都切合生物进化和社会成长纪律。

一、孪生溯源

当前业界对数字孪生体发源的广泛认定是2003年Michael Grieves博士所提。笔者对此没有贰言，只是数字孪生体尝试室在数字孪生系统研究中发明，组成数字孪生体的要害技能远早于2003年。本尝试室将这个时点前推至1960年月——CAD技能呈现的时点，由于数字孪生体的第一个重要“器官”是“数字建模”，基于计较机图形学的CAD技能即是该器官的焦点技能。

数字孪生体的技能发源和观念提出的时点都很早，但为什么这两年才溘然鼓起。数字孪生体尝试室以为，数字孪生体的第二个器官——物联网的成熟起到了重要的浸染。物联网的中国国度尺度的提出时刻是2016年，国际尺度是2018年，这两个尺度的提出意味着物联网进入了成熟和工程应用阶段。并且，即将推出的数字孪生体尺度也是在物联网尺度基本上演变出来的，明示着这两个别系的细密关联性。物联网作为数字孪生体的第二级成熟度(成熟度观念拜见后文)的焦点技能，是数字孪生体入门级或门槛级技能。没有物联网，数字孪生体连起步都很难，不消说进化了。2016年是数字孪生体的提速时点，2018年正是数字孪生体的发作时点。

二、系统框架

数字孪生体尝试室的研究选择了国际公认的高出发点——国际尺度化组织(ISO)的相干尺度ISO_DIS_23247(今朝为公示期，年底最终宣布)。该尺度提出了数字孪生制造的参考架构。因为尺度尚未最终宣布，此处未便引用其架构图。该参考架构固然不是最终版本，但其所包括的要素全面，逻辑公道，切合我们所研究的结论。但该尺度显然是从物联网国际尺度ISO/IEC30141基本上的演变，详细本尝试室以为对付详细应用来说过于抽象，以是我们在《数字孪生体技能白皮书(2019)》中对这个框架做了术语上的修订和释义，我们下面所提的理论框架是从这个架构出发而计划的。

在《数字孪生体技能白皮书(2019)》中，我们给出了数字孪生体的界说：数字孪生体是现有或将有的物理实体工具的数字模子，通过实测、仿真和数据说明来及时感知、诊断、猜测物理实体工具的状态，通过机能和状态优化和指令发送来调控物理实体工具的举动，通过相干数字模子间的彼此进修来进化自身，同时改造好处相干方在物理实体工具生命周期内的决定。

本界说既承接了国际尺度参考架构，也是我们计划理论架构的基本。下图是我们提出的理论架构，本架构可以指导数字孪生体的建树与实验。

(来历：数字孪生体尝试室，安世亚太)

本图上部是数字孪生系统框架，下部是物理工具的表示。物理工具在此图顶用于表达数字孪生天下与物理天下的相关，不是数字孪生体框架的要素。数字孪生系统架构包括以下要素：数字建模、丈量与节制、模仿仿真、数据说明、数字资产和人机交互。这些要素使得数字孪生体泛起出一种生命体乃至社会性特性，下文对此睁开声名。

三、数字建模

“数字建模”是物理工具的数字化表达，这个进程必要将物理工具表达为计较机所能识此外数字模子，在软件中成立物理工具的布局元素和时空相关，不深入涉及物理机理和运行数据，就像我们给正在雕塑的人体打造一个躯体。这也虽然是数字孪生体的根基要素，事实既然称为 “体”，那这样一个根基的、直观的躯体是必需的。

我们凡是行使三维实体来成立物理工具的布局外形和位置相关，用体系(一维)建模器材来描写物理工具的举动模式。建模器材凡是包罗譬如CAD、3D动画、BIM(Building Information Modeling，构筑信息模子)、CIM(City Information Modeling，都市信息模子)或基于SysML(体系建模说话)的体系建模器材。成立的模子可所以装备、厂房、人群、运输体系、交通、电网、都市、军事沙场、战斗群系统等。

我们把这个进程称为“数化”，提供了数字孪生体的“躯体”。不外这样的躯体是一个没有神经、没有头脑、与天下断绝、无生命的躯体。

四、丈量与节制

“丈量与节制”用来实现数字体与物理工具之间及时互传信息和数据。数字化模子操作丈量体系，通过传感器得到物理工具的状态数据：尺寸、速率、温度、光洁度等，操作节制体系，通过致动器向物理工具发送致动指令：遏制、加快、调理角度等，这就像我们给数字孪生体安装一套神经体系。人类的神经体系有两种，一种是感受神经，就像这里的丈量体系，另一种是行为神经，就像这里的节制体系。

家产物联网(IIoT)是丈量与节制要素的首要技能，不只能提供对物理天下的感知，还能对物理天下转达信息，从而驱动物理天下。

我们把这个进程称为“互动”，提供了数字孪生体的“神经”。神经体系的存在，让数字孪生体具有了起源的生命特性，可以感知和驱动物理天下。但因为缺乏思索手段，今朝的数字孪生体照旧个“傀儡”或“僵尸”孪生体。

五、模仿仿真

模仿仿真是基于完备信息和明晰机理计较将来，将“数化”进程成立的模子与物理机理相团结，包罗原料性子、理论纪律、工程纪律等，按照完备和及时的界线前提和物理状态，来计较和猜测数字模子的下一步状态。这种仿真不是对一个阶段或一种征象的仿真，应是全周期和全规模的动态仿真。及时界线前提和物理工具状态是被完备丈量，可作为物理纪律的完整输入前提。模仿仿真的输出功效必需具有确定化和无二义性的特性。“及时”二字依靠于“互动”进程的丈量体系来担保。

（编辑：湖南网）

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