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      探求數(shù)字孿生的根源與深入應(yīng)用

      2018-12-08 11:11:58趙敏
      軟件和集成電路 2018年9期
      關(guān)鍵詞:雙胞胎實體事物

      趙敏

      我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)初預(yù)見的未來正在變成現(xiàn)實。我們聚焦的現(xiàn)代工業(yè)系統(tǒng)是怎樣的?未來智能工業(yè)系統(tǒng)會怎樣?目前,主要表現(xiàn)在零部件級、設(shè)備級、生產(chǎn)系統(tǒng)這三個維度上。

      從2017年至今,“Digital Twin”一詞,因為若干知名外企的頻繁使用帶來的示范效應(yīng)以及國內(nèi)一些專家的介紹,在市場上廣為流傳,熱度漸升。不少業(yè)界巨頭、咨詢公司、行業(yè)專家都開始重視“Digital Twin”,并在各種媒體上發(fā)表了一些對“Digital Twin”的解讀文章。

      顯然,“Digital Twin”正受到業(yè)界越來越多的重視,基本共識是它是構(gòu)建CPS(賽博物理系統(tǒng))的基礎(chǔ),是軟件定義的重要體現(xiàn),也是復(fù)雜產(chǎn)品研制的必備手段。而“數(shù)字雙胞胎”一詞則是來自對“Digital Twin”一詞的一種理解與翻譯。

      但如何準確地翻譯這個詞匯,成為了業(yè)界關(guān)注的焦點內(nèi)容之一。往小處說,這是一個技術(shù)術(shù)語翻譯的“信達雅”問題,往大處說,這是一個如何理解智能制造的實現(xiàn)機理之一的問題。

      對“Digital Twin”術(shù)語的準確理解

      首先,Digital Twin這個英文術(shù)語的重點和難點在于對“Twin”的理解。根據(jù)目前所看到的資料,Digital Twin一詞由美國密歇根大學(xué)的Michael Grieves教授,于2002年在他所講授的PLM(產(chǎn)品生命周期管理)課程上引入,并且于2014年在其所撰寫的“Digital Twin: Manufacturing Excellence through Virtual Factory Replication”白皮書中進行了詳細的闡述。

      如果查詞典,英文Twin的意思有如下選項:

      n.孿生兒之一,雙胞胎之一;兩個相像的人或物之一;孿晶;雙人床

      vt.使結(jié)成姊妹城市;使(兩人或兩事物)緊密結(jié)合;使偶合;使相連

      adj.成對的;成雙的;雙重的;雙聯(lián)的

      n.人名;(英)特溫

      英文Twins的意思則是“雙生子、雙胞胎(twin的復(fù)數(shù))”的意思。

      當(dāng)然,英文的原意需要作為翻譯為中文的參考,但是在翻譯一個英文詞匯時,對其所附加的前綴詞、后綴詞、應(yīng)用場景、特殊用途、言外之意、拓展意思等,都應(yīng)該加以統(tǒng)籌考慮。

      由此可見,任何一個重要的英文術(shù)語,在翻譯成為中文的時候,都需要慎重考慮。不僅要翻譯出來其準確的原意,更要考證其形成和應(yīng)用的場景,這樣才算是一個比較負責(zé)任的翻譯結(jié)果。

      現(xiàn)在對DT(Digital Twin)的翻譯結(jié)果有很多,這些中文術(shù)語在含義上高度類似但是互有細微差別,個別翻譯甚至差異較大。筆者逐一列出進行分析解讀。

      數(shù)字鏡像—幾何鏡像:在二維空間里,一個物體(或二維圖形)在某平面鏡中反射出來的虛像。鏡像與原實物同樣大小,但不盡相同。磁盤鏡像:在數(shù)據(jù)管理中指保留數(shù)據(jù)完整特征的復(fù)制品。

      如果將二者的意思結(jié)合起來,是可以大致說明DT內(nèi)涵的,但是有一點值得注意:鏡像是左右或上下相反的對應(yīng)關(guān)系。而DT并不完全是鏡像的意思。

      數(shù)字映射—作為動詞,映射一詞既有照射的含義,也指“形成對應(yīng)關(guān)系”的動作。作為名詞,在數(shù)學(xué)上,映射指兩個元素集之間具有元素相互“對應(yīng)”的關(guān)系。

      PTC中國區(qū)技術(shù)總監(jiān)紀豐偉博士說:“我們翻譯Digital Twin的時候,感覺和照鏡子類似,但也考慮到不可能完全一樣。DT是要把關(guān)鍵的行為和形態(tài)映射出來,所以用了映射?!比∑洹靶纬蓪?yīng)關(guān)系”的“行為和形態(tài)”的意思,這個翻譯結(jié)果是可用的。

      數(shù)字雙胞胎—這是一個來自英文“Twins”的翻譯結(jié)果。其實,無論是DT的創(chuàng)始人Michael Grieves教授,還是三大工業(yè)軟件公司,都是使用了“Digital Twin”而不是“Digital Twins”。

      從英文原意來看,似乎不應(yīng)該把“Digital Twin”翻譯成“數(shù)字雙胞胎”。“雙胞胎”是指同一母親一胞所生的兩個孩子,無論其相同或相像,都是指兩個實體之間的對應(yīng)關(guān)系。顯然,DT并非是兩個實體之間的比較,而是虛/實之間所具有的相像、相通與互動關(guān)系。

      數(shù)字孿生體—意思表述正確,數(shù)字孿生體就是物理實體在數(shù)字虛體中的精確映射結(jié)果。反過來,也可以說物理實體是數(shù)字虛體的“物理孿生體”。數(shù)字孿生體的重點在于說明數(shù)字虛體這一方,而不是人們最關(guān)注的虛實映射關(guān)系。

      數(shù)字雙生—較少使用。孿生與雙生,畢竟有所不同。雙生就具化到只有“兩個”了。而孿生,則語義上更寬泛,未必是兩個(例如一個實體事物對應(yīng)兩個或更多的虛擬事物)。這樣為以后的詞義拓展留下了空間。

      數(shù)字孿生—目前看來比較恰當(dāng)?shù)姆g結(jié)果。取Twin的“兩個相像的人或物之一”以及“使耦合”的含義,本意就是在數(shù)字虛體空間中所構(gòu)建的虛擬事物,與物理實體空間中的實體事物所對應(yīng)的、在形態(tài)和舉止上都相像的虛實精確映射關(guān)系。但需要指出的是,相像歸相像,甚至虛擬事物看著就像真的實體事物一樣,但是一實一虛,彼此在本質(zhì)上不是一回事。這是理解該術(shù)語的關(guān)鍵點。

      由此可見,數(shù)字孿生、數(shù)字映射、數(shù)字孿生體、數(shù)字雙生這四個詞翻譯的意思相近,都是可以接受的翻譯結(jié)果。數(shù)字孿生、數(shù)字孿生體和數(shù)字映射更為常用一些,而數(shù)字鏡像稍微有一點遜色。數(shù)字雙胞胎一詞則在原意上偏差大了一些。

      為了準確理解DT這個術(shù)語,在對DT的理解上延伸到了這個術(shù)語更為廣泛的“知識場景”上。

      任何一個術(shù)語,在一個明確的字面意思的背后,其實都有其潛在的、不易見的,甚至是只能意會不可言傳的知識場景。

      例如“創(chuàng)新”一詞,不僅在定義上有20多個,人們對其的理解與解讀,也是形形色色,千奇百怪。寫一個術(shù)語容易,建立對該術(shù)語的共識(共同的知識場景)則很難。對DT的理解,也會大致如此。

      關(guān)于Twin所具有的“兩個相像的人或物之一”的譯意,其實還有一些可以輔助理解的詞匯,例如復(fù)制、克隆、贗品、山寨等。

      如果使用“復(fù)制”這個詞來對比Twin,顯然有時序上的問題,Twin具有“同時生成”的意思,而復(fù)制是在看到一個物體并且了解了其各方面的特征數(shù)據(jù)后,以合法或非法的方式,重新制作了一個。像與不像,要看復(fù)制的“手藝”了,彼此并非雙胞胎的關(guān)系。

      如果使用“克隆”這個詞來對比Twin,也會存在時序上的先后。盡管克隆是一種生物復(fù)制技術(shù),可以通過母體干細胞而培育一個與母體一模一樣的生物體。但彼此不可能是雙胞胎的關(guān)系。

      如果使用“山寨”和“贗品”來對比Twin,不僅有時序上的問題,還有法律上的著作權(quán)或?qū)@麢?quán)的問題。如前所述,在物理實體空間,如果復(fù)制一個物理實體,有做得像不像的“手藝”問題;在數(shù)字虛體空間,并無“手藝”限制,數(shù)字化的特性決定了人們可以隨時隨地、百分之百地復(fù)制一個數(shù)字虛擬事物(如三維設(shè)計模型、微信文章等),但是如果未經(jīng)許可,則構(gòu)成偷竊或抄襲。

      另外一個必須考慮的問題,是物理實體和數(shù)字虛體的生命周期的問題。物理實體往往都是有年限的,有生命周期的,在本體上是可以消亡的。

      因此,如果一定要使用實體化的“雙胞胎”的概念,就難以避免出現(xiàn)這樣的尷尬:如果雙胞胎的實體之一死了,另一個也就活不了多久了,因為誰都知道一對雙胞胎的壽命是差不多的。

      而數(shù)字化的虛擬事物,則可能遠遠超越它所對應(yīng)的、具有數(shù)字孿生關(guān)系的物理事物,在數(shù)字虛體中實現(xiàn)永生—因為一旦把數(shù)據(jù)寫入數(shù)字虛體(例如把數(shù)據(jù)發(fā)布或泄露到互聯(lián)網(wǎng)上),基本上就是無法刪除、長久存在的,更何況被人類作為智力資產(chǎn)而精心維護的、所有的數(shù)字化虛擬事物(如數(shù)字化產(chǎn)品、數(shù)據(jù)管理等)。

      數(shù)字孿生的基本含義

      數(shù)字孿生(Digital Twin)尚無標準定義,其概念還在發(fā)展與演變中。但是其基本含義是清楚的,即數(shù)字孿生是指在整個生命周期中,通過軟件定義,在數(shù)字虛體空間中所構(gòu)建的虛擬事物的數(shù)字模型,形成了與物理實體空間中的現(xiàn)實事物所對應(yīng)的在形、態(tài)、行為和質(zhì)地上都相像的虛實精確映射關(guān)系。

      根據(jù)沈陽飛機設(shè)計研究所王鴻慶等人撰寫的《Digital Twin 數(shù)字孿生|工四100術(shù)語》文章介紹,數(shù)字孿生是充分利用物理模型、傳感器更新、運行歷史等數(shù)據(jù),集成多學(xué)科、多物理量、多尺度的仿真過程,在虛擬空間中完成對物理實體的映射,從而反映物理實體的全生命周期過程。

      中國航空工業(yè)發(fā)展研究中心劉亞威在《空天防務(wù)觀察》上發(fā)表的文章中曾介紹道,從本質(zhì)上來看,數(shù)字孿生是一個對物理實體或流程的數(shù)字化鏡像。

      創(chuàng)建數(shù)字孿生的過程,集成了人工智能、機器學(xué)習(xí)和傳感器數(shù)據(jù),以建立一個可以實時更新的、現(xiàn)場感極強的“真實”模型,用來支撐物理產(chǎn)品生命周期各項活動的決策。

      數(shù)字虛體與物理實體之間所對應(yīng)的孿生關(guān)系,其實早就有之,只不過此前沒有這樣嚴格定義過。

      平時大家所說的“比特(bit)與原子(atom)”“賽博與物理”“虛擬與現(xiàn)實”“數(shù)字樣機與物理樣機”“數(shù)字孿生體與物理孿生體”“數(shù)字端(C)與物理端(P)”“數(shù)字世界與物理世界”“數(shù)字空間與物理空間”等不同的對應(yīng)詞匯描述,實際上都是以不同的專業(yè)術(shù)語,或近似或準確地描述兩種“體”之間的虛實映射關(guān)系。

      從映射關(guān)系上看,一虛、一實兩種“體”相互對應(yīng),數(shù)量不限。數(shù)字虛體是物理實體的“數(shù)字孿生體”,反之,物理實體也是數(shù)字虛體的“物理孿生體”。

      從誕生順序上看,物理實體在先,數(shù)字虛體在后。以工業(yè)視角來看,物理實體是第一次、第二次工業(yè)革命的產(chǎn)物,數(shù)字虛體是第三次工業(yè)革命的產(chǎn)物。而虛體對實體的描述、定義、放大與控制,以及二者的逐漸融合,正在促成新工業(yè)革命。

      從重要性上看,沒有實體,無法執(zhí)行工業(yè)必需的物理過程;沒有虛體,就沒有賦能和賦智。虛實必須融合,二者均不可缺。

      從創(chuàng)新性上看,虛實融合,相互放大價值,產(chǎn)生諸多創(chuàng)新。新技術(shù)、新模式、新業(yè)態(tài)皆有無限可能。

      從技術(shù)實現(xiàn)上看,要把過去20多年計算機輔助技術(shù)(CAX)的所有成果匯總到一起,更重要的是,要把人類已經(jīng)掌握的專業(yè)知識,以專業(yè)模型的方式,通過自動生成編程代碼的方式加載到數(shù)字孿生體上。

      例如蘇州同元軟控信息技術(shù)有限公司開發(fā)的綜合設(shè)計與驗證平臺軟件,在飛機早期論證與方案設(shè)計階段,就可以建立整機級系統(tǒng)模型,以指導(dǎo)飛機快速方案論證和多種系統(tǒng)分析,在賽博空間中先把真實飛機的各種動作參數(shù)調(diào)至最優(yōu)—

      航電系統(tǒng):舵面振蕩/瞬態(tài)監(jiān)控器建模仿真等;

      燃油系統(tǒng):飛機燃油計量閥建模仿真等;

      電氣系統(tǒng):交流電動泵建模仿真等;

      液壓系統(tǒng):液壓能源系統(tǒng)建模仿真、液壓外場溫度測試系統(tǒng)等;

      飛控系統(tǒng):升降舵作動系統(tǒng)建模仿真、設(shè)備詳細模型建模和參數(shù)辨識等;

      起落架系統(tǒng):起落架收放系統(tǒng)、剎車系統(tǒng)建模仿真、載荷敏感性分析等。

      這種基于模型的多學(xué)科、多場景、多狀態(tài)的數(shù)字化仿真手段對于復(fù)雜產(chǎn)品的研制是至關(guān)重要的,已經(jīng)在實際產(chǎn)品的研發(fā)中證明了其所起到關(guān)鍵作用。如圖1所示。

      類似地,美空軍和波音公司為F-15C型飛機創(chuàng)建了數(shù)字孿生體,不同工況條件、不同場景的模型都可以在數(shù)字孿生體上加載,每個階段、每個環(huán)節(jié)都可以衍生出一個或多個不同的數(shù)字孿生體,從而對飛機進行全生命周期各項活動的仿真分析、評估和決策,讓物理產(chǎn)品獲得更好的可制造性、裝配性、檢測性和保障性。如圖2所示。

      在應(yīng)用場景中理解非“雙”、非“胎”

      Digital Twin不是“胎”

      在“胎”的詞義上,它不僅表達了在外觀、質(zhì)地、形態(tài)、行為上都完全一樣或非常相像的人或事物,其詞義背后隱含的重點是“出于同源”,即同母同胎所生或同廠所產(chǎn),是一種生物或物理層面的客觀結(jié)果,如賓館常見的雙床房(Twin-bedroom)或建筑常見的雙子樓(Twin towers)。

      如果放到表示物理空間的實體事物與數(shù)字空間的虛體事物之間的“映射”場景下,那么彼此之間的本源和實質(zhì)則完全不同,此時“Digital Twin”所言,并沒有“完全一樣”的意思,僅有彼此之間在形、態(tài)、行為上比較“相像”的意思。因此用“胎”表達就有所偏離。

      Digital Twin不止于“雙”

      即使從“相像”來看,在所指上也并非限于“雙”,因為“雙”字會把更多的潛在應(yīng)用場景限制住—彼此相像的虛實映射事物之間未必只有“一對一”的關(guān)系,其實還可能有以下虛實映射對應(yīng)關(guān)系:

      “多對一”—多個物理實體對應(yīng)一個數(shù)字虛體的場景(例如同一類緊固件都對應(yīng)一個三維CAD模型);

      “一對多”—一個物理實體對應(yīng)多個數(shù)字虛體的場景(一臺發(fā)動機在靜止、剛啟動、平穩(wěn)運轉(zhuǎn)、即將出故障等不同場景下,其所對應(yīng)的數(shù)字虛體,在模型的表達和構(gòu)建上是有很大不同的,需要用不同的模型加以描述);

      “多對多”—是更為一般化的設(shè)備工作場景(設(shè)計階段因數(shù)字化“構(gòu)型/配置”不同而產(chǎn)生的系列化物理設(shè)備所面臨的多種工作場景)。

      只有“相像”而無“相等”

      在相像程度上,從“生物場景/物理場景”的“Twin”,引申到“數(shù)字化場景”的“Digital Twin”,其本意是強調(diào)在數(shù)字空間構(gòu)建的數(shù)字虛體與物理空間的物理實體很相像。但是,相像歸相像,無論彼此多么像,二者之間也不是“是”、“等于”或“相等”的關(guān)系,因為本非“同生”。一個數(shù)字虛體無論多么像一個物理實體,它也不是物理實體——這個客觀事實必須界定清楚。

      而且,“Digital Twin”描述的“相像”,通常都僅僅是在外觀和宏觀結(jié)構(gòu)上“相像”,而在形、態(tài)、行為、質(zhì)地和內(nèi)涵等多方面的評價指標來看,其實差異極大,本質(zhì)本源不同。“數(shù)字雙胞胎”一詞,較容易引導(dǎo)人們把二者完全等同起來,把“貌似一模一樣”誤認為“就是一模一樣”甚至“相等”,從而導(dǎo)致認知上的錯覺。

      總而言之,“Digital Twin”一詞在翻譯和理解時,既不宜限定在“雙”,也不宜理解為“胎”,該詞借用“Twin”之意,所表達的是一種數(shù)字虛體與物理實體非常相像的虛實映射關(guān)系。

      綜上所述,數(shù)字孿生不是指數(shù)字虛體空間中的兩個或多個一模一樣的虛擬事物,那是數(shù)字拷貝或數(shù)字鏡像。

      數(shù)字孿生是指在數(shù)字虛體空間中所構(gòu)建的虛擬事物,與物理實體空間中的實體事物所對應(yīng)的、在形、態(tài)、行為和質(zhì)地上都相像的虛實精確映射關(guān)系。

      在彼此對應(yīng)關(guān)系上,特例是“一對一”,常態(tài)是“多對多”。二者看似像“雙胞胎”,但實際上并不是,僅限于非常相像,并非真的等同,因為一實一虛,彼此在本質(zhì)和本源上都不是一回事。這是理解該術(shù)語的關(guān)鍵點。

      “數(shù)字孿生”的深入研究與應(yīng)用

      數(shù)字孿生,并非今天才產(chǎn)生,已經(jīng)走過了幾十年的發(fā)展歷程,只不過以前沒有這樣命名,而是走到了一定的發(fā)展階段,人們意識到可以給這種技術(shù)起一個更確切的名字。

      實際上,自從有了諸如CAD等數(shù)字化的“創(chuàng)作(authoring)”手段,就已經(jīng)有了數(shù)字孿生的源頭,有了CAE仿真手段,就讓數(shù)字虛體和物理實體走得更近,有了系統(tǒng)仿真,可以讓數(shù)字虛體更像物理實體,直至有了比較系統(tǒng)的數(shù)字樣機技術(shù)。

      發(fā)展到現(xiàn)在,人們發(fā)現(xiàn)在數(shù)字世界里做了這么多年的數(shù)字設(shè)計、仿真結(jié)果,越來越虛實對應(yīng),越來越虛實融合,越來越廣泛應(yīng)用,數(shù)字虛體越來越賦能于物理實體系統(tǒng)。

      數(shù)字孿生≠CPS

      很多人分不清楚數(shù)字孿生與CPS(賽博物理系統(tǒng),也稱信息物理系統(tǒng)),經(jīng)常將二者搞混,誤以為數(shù)字孿生就是CPS。

      應(yīng)該說,數(shù)字孿生是建設(shè)CPS的基礎(chǔ),是CPS發(fā)展的必經(jīng)階段。所謂建立數(shù)字孿生關(guān)系,就是以“軟件定義”的方式,對物理實體(物理孿生體)建立了完全對應(yīng)的數(shù)字虛體(數(shù)字孿生體),所創(chuàng)建的數(shù)字虛體經(jīng)歷了一個從其“形”、其“態(tài)”,逐漸向物理實體的“形、態(tài)”逼近的過程,直至看起來完全“相像”,如同同胞兄弟一般。在“相像”程度上,可以用不同級別的仿真度來衡量,如表1所示。

      當(dāng)數(shù)字虛體與物理實體在時空狀態(tài)上都相像之后,距離CPS還有一步之遙,即控制。從物理實體一側(cè),是否能實現(xiàn)對數(shù)字虛體的控制(以P控C)?

      反之,從數(shù)字虛體一側(cè),是否能實現(xiàn)對物理實體的控制(以C控P)?尤其是“以C控P”,是判斷是否實現(xiàn)了CPS的核心要求。關(guān)于在CPS中“C”與“P”的控制,如表2所示。

      實際上,三年前撰寫《三體智能革命》一書時,筆者就給出了一個典型的CPS結(jié)構(gòu)圖,在圖中明確以數(shù)字機器與物理機器相對應(yīng)、虛實映射的方式,說明了數(shù)字孿生與CPS之間的關(guān)系。如圖3所示。

      數(shù)字虛體與物理實體在形與態(tài)的彼此相像屬于“數(shù)字孿生”,以“狀態(tài)感知、實時分析、自主決策、精準執(zhí)行”的智能方式實現(xiàn)了“以C控P”的精準控制才算是CPS。

      數(shù)字孿生的范疇并非無限

      筆者研究發(fā)現(xiàn),數(shù)字孿生的范疇是有一定限度的。就目前的數(shù)字化技術(shù)手段而言,我們雖然經(jīng)常說“數(shù)字化一切可以數(shù)字化的事物”,但是并非“一切都是可以數(shù)字化的”,也意味著并非“一切都是可以軟件定義的”。因此,數(shù)字世界和物理世界之間尚無法做到一一對應(yīng)、完全能夠相互映射。

      從物理側(cè)(P)來看,未知的事物談不上數(shù)字化,當(dāng)然也不可能有數(shù)字孿生;已知但是無法定義、無法描述的事物不能數(shù)字化(如暗能量、弦等);從數(shù)字/賽博側(cè)(C)來看,神話、傳說可以隨意展現(xiàn),動漫創(chuàng)意和想象中的事物也是如此,都可以通過數(shù)字虛體不受限制地表現(xiàn)出來,但是在物理空間找不到對應(yīng)的物理實體。因此,在兩“體”中都存在暫時無法延伸、映射到對方,可供建立孿生關(guān)系的內(nèi)容。如圖4所示。

      弄清楚數(shù)字孿生的范疇、限制,我們才能有所為、有所不為,才能清晰地知道技術(shù)的邊界在哪里,不把精力花在低效和缺乏實際意義之處。

      數(shù)字孿生伴隨產(chǎn)品終生

      數(shù)字孿生是在產(chǎn)品的全生命周期中的每一個階段都存在的普遍現(xiàn)象,大量的物理實體系統(tǒng)都有了數(shù)字虛體的“伴生”,這種現(xiàn)象在Schleicha和Anwer的文章中稱作是“孿生化(Twinning)”。

      而且,由于每個階段與每個物理孿生體所對應(yīng)的“數(shù)字孿生體”的模型不止一種(不同的算法、不同的逼真/抽象程度等),于是就出現(xiàn)了筆者在上一篇文章《再論數(shù)字孿生——似是而非“數(shù)字雙胞胎”》中所說的“一對多”的現(xiàn)象。如圖6所示。

      有了越來越多的數(shù)字孿生體,人們可以做越來越多的事情,很多新技術(shù)、新模式、新業(yè)態(tài)也就此產(chǎn)生。在兩個“體”之間,數(shù)據(jù)可以雙向傳輸:當(dāng)信息從物理孿生體傳輸?shù)綌?shù)字孿生體,數(shù)據(jù)往往來源于用傳感器來觀察物理孿生體(例如GE用大量傳感器觀察航空發(fā)動機運行情況);反之,當(dāng)信息從數(shù)字孿生體傳輸?shù)轿锢韺\生體,數(shù)據(jù)往往是出自科學(xué)原理、仿真和虛擬測試模型的計算,用于模擬、預(yù)測物理孿生體的某些特征和行為(例如用流體仿真技術(shù)計算汽車高速行駛的風(fēng)阻)。

      德國西門子是一家比較強調(diào)產(chǎn)品生命周期管理的企業(yè),較早提出了數(shù)字孿生。他們給出了對一個物理產(chǎn)品及其數(shù)字孿生“在全產(chǎn)品生命周期進行更新和維護”的認識,特別是CPS中的數(shù)字孿生體中都包含了哪些內(nèi)容。如圖6所示。

      PTC公司一直推動數(shù)字孿生,甚至以“數(shù)物融合”作為公司的新發(fā)展戰(zhàn)略,在一個更大的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)場景中描述了數(shù)字孿生的作用,企業(yè)的物理產(chǎn)品都通過云服務(wù),在Thingworx中建立了一個或多個數(shù)字孿生體,用于制造、研發(fā)、銷售、服務(wù)、財務(wù)等各個業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)。

      美國《航空周報》兩年前就做出這樣的預(yù)測:“到了2035年,當(dāng)航空公司接收一架飛機的時候,將同時還驗收另外一套數(shù)字模型。每個飛機尾號,都伴隨著一套高度詳細的數(shù)字模型?!泵恳惶囟艽蔚娘w機都不再孤獨。因為它將擁有一個忠誠的“影子”,終生相伴,永不消失,這就是數(shù)字孿生的本意。

      數(shù)字孿生,不過是長期以來,人們用數(shù)字世界的數(shù)字虛體技術(shù),來描述物理世界的物理實體的必然結(jié)果,完全遵從《三體智能革命》中的“三體智能模型”。

      數(shù)字孿生這個術(shù)語和與之相關(guān)的技術(shù),并非是突然產(chǎn)生的新生事物,而是幾十年來CAX發(fā)展的必然結(jié)果,只不過在今天人們經(jīng)過總結(jié)提高之后,加深了對它的認識,給出了新的認識和命名。

      數(shù)字孿生,是CPS中的必備技術(shù)構(gòu)成。要搞好智能制造、工業(yè)4.0、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等新工業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略,就必須研究和實施CPS。要做好CPS,就必須充分認識數(shù)字孿生。要認識數(shù)字孿生,就必須研究與數(shù)字孿生有關(guān)的所有問題,從起源、技術(shù)、應(yīng)用、界限到命名。

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