我相信很多人都聽聞過數字孿生。在過去的幾年里，這個詞的關注度不斷地飆升，經常出現在各種峰會論壇的演講主題當中，深受行業內外的特別關注。到底何為數字孿生？它又是誰提出來的？它會給人們的生活帶來怎樣的變化？
一、數字孿生究竟是什么？
數字孿生，英文名為DigitalTwin(數字雙胞胎)，也稱之為數字映射、數字鏡像。它的官方定義十分復雜：
數字孿生是充分運用物理模型、傳感器更新、運作歷史等數據信息，集成多學科、多物理量、多尺度、多概率的模擬仿真過程，在虛擬空間中進行映射，進而反映對應的實體裝備的全生命周期過程。簡便而言，數字孿生便是在一個設備或系統的基礎上創建一個數字版的“克隆體”。這個“克隆體”也稱之為“數字孿生體”。
它被創建在信息化平臺上，是虛擬的。數字孿生體最大的特性就在于：它是對實體目標(本體)的動態模擬仿真。這也就是說，數字孿生體是會“動”的。它“動”的依據來自于本體的物理設計模型，還有就是本體上面傳感器反饋的數據信息，以及本體運作的歷史數據。倘若需要做系統設計變動，或者需要知道系統在特殊外部條件下的反應，工程師們可以在孿生體上進行“實驗”。如此一來，既避免了對本體的影響，還可以提高效率、節約成本。除去“會動”之外，正確理解數字孿生還需要記住三個關鍵詞，分別是“全生命周期”、“實時/準實時”、“雙向”。
數字孿生是起源于工業界的概念。在工業制造領域，有個詞叫做“產品生命周期管理(PLM)”。全生命周期，指的是數字孿生可以貫穿產品包括設計、開發、制造、服務、維護甚至報廢回收的整個周期。它并不僅僅局限于協助企業把產品更好的造出來，還包括協助用戶更好的使用產品。而實時/準實時，指的是本體和孿生體之間，可以構建全面的實時或準實時聯系。兩者之間并不是完全獨立的，映射關系也具有一定的實時性。雙向，指的是本體和孿生體之間的數據信息流動可以是雙向的。并不是只有本體向孿生體輸出數據信息，孿生體也可以向本體反饋信息。企業可以根據孿生體反饋的信息，對本體采取更進一步的行動和干預。
二、數字孿生的歷史與實例
說到“數字孿生”這個概念的創造者，行業里并沒有明確的說法。許多 人覺得，數字孿生是美國密歇根大學教授MichaelGrieves博士于2002年提出的。但這種說法并沒有書面形式的文獻或資料可以支撐。MichaelGrieves博士在2014年發布的文章中，曾“追溯”自己曾在2002年密歇根大學PLM中心一次演講中，提及了類似于數字孿生的有關概念。他還“追溯”自己曾在2003年的一次高管培訓上，提出了“物理產品的數字等同體或數字孿生體概念”。然而，這些都沒有確鑿的文獻資料或影像資料證據。真正有據可查的“數字孿生”概念提出者，是美國空軍研究實驗室。
2011年3月，美國空軍研究實驗室結構力學部門進行了一次演講，題目是“Condition-basedMaintenancePlusStructuralIntegrity(CBM+SI)&theAirframeDigitalTwin(基于狀態的維護+結構完整性&戰機機體數字孿生)”，初次明確提及了數字孿生。在當時，AFRL希望完成戰機維護工作的數字化，而數字孿生是他們想出來的創新方法。
當美國空軍意識到數字孿生具備很強實用意義的同時，另一家企業也對數字孿生產生了濃郁的興趣，它便是美國通用電氣公司。美國通用電氣公司在為美國國防部提供F-35聯合戰機解決方案的時候，發覺了數字孿生體的價值。后來NASA將數字孿生的理念運用在阿波羅計劃中，開發設計了兩個相同的太空飛行器，以反映地球上太空的狀況，進行訓練和飛行準備。
數字孿生被Gartner評選為未來最為重要的十大關鍵技術之一，Gartner認為，到2021年，一半以上的大型工業公司將使用數字孿生，從而使這些組織的工作效率提升10%。
微軟推出了AzureDigitalTwin服務，可以構建任何物理環境的數字模型，包括連接它們的人員、地點、事物、關系和流程，并與物理世界保持同步。通過AzureDigitalTwins，用戶可以在空間的語境中查看數據信息，該服務將成為AzureIoT平臺的一部分。阿里巴巴城市大腦則提出了“數字孿生交通”、“數字孿生城市”、“數字孿生生態”三個階段的數字孿生藍圖。
三、數字孿生的價值
1、工業制造
數字孿生技術可以在網絡空間中再現產品和生產系統，并使產品和生產系統的數字空間模型和物理空間模型始終處于實時交互中，兩者之間可以及時地把握彼此的動態變化并實時地作出響應，為實現智能制造提供了強有力的保障，同時也更進一步加快了智能制造與工業互聯網、物聯網相融合。
近些年來，數字孿生這個前沿技術已經獲得了工業界與學術界的廣泛性關注。全世界最具權威性的IT研究與顧問咨詢公司Gartner將數字孿生列入十大戰略性科技發展趨勢之一。現階段，數字孿生主要被運用于制造業領域，國際數據公司表示現如今有40%的大型制造商都在運用這種虛擬仿真技術為生產過程建模，數字孿生已成為制造企業邁向工業4.0的解決方案。2020年，有210億個連接的傳感器和終端服務于數字孿生，在不久的將來數字化孿生將存在數十億種。
伴隨著工業4.0，智能制造等技術和發展戰略的不斷出臺，數字孿生技術逐漸成為了智能制造的一個基本要素，并獲得了各方的普遍性關注。洛克希德馬丁公司于2017年11月將數字孿生列入2018年未來國防和航天工業頂尖技術之首；英國國家基礎設施委員會于2017年12月發布《數據的公共利益報告》，提出創建一個與國家基礎設施相對應的數字孿生體，并于2019年1月啟動相關計劃；Gartner公司連續3年(2017-2019年)將數字孿生列入當年十大戰略性科技發展趨勢之一。
黨的十九大報告明確指出要加快建設制造強國，《中國制造2025》指出“將智能制造作為兩化融合的主攻方向，推動生產過程智能化，培育新型生產方式，全面提升企業研發、生產、管理和服務的智能化水平”。在這個背景下，數字孿生技術受到廣泛性關注，將引發巨大的發展潛力。
2、智慧城市
如果物理世界是一個工廠，則對應的數字世界是數字孿生工廠，如果物理世界是一個城市，那么對應的數字世界即數字孿生城市。從工業引伸到城市，也是順理成章的結果，因為城市是數字化更大的舞臺，是由人與物件、事件構成的繁雜巨系統，比工廠更為豐富多彩。城市發展時至今日仍面臨著比較嚴重的問題，傳統的發展模式已經失效，以信息化為引擎的數字城市、智慧城市成為了城市發展的新理念和新模式。雖說數字城市的提出由來已久，但此前的概念并沒有上升到數字孿生的高度，這與技術發展的階段有關，目前數字孿生城市的內涵，才真正的體現了數字城市想要實現的愿景目標。
智慧城市是數字城市發展的高級階段，數字孿生城市做為數字城市的目標，卻也是智慧城市建設的新起點，它是城市實現智慧的重要設施和基礎能力，是技術驅動下城市信息化從量變邁向質變的轉折點。由點到線，由線到面，基于數字化標識、自動化感知、網絡化連接、智能化控制、平臺化服務等強大技術能力，使數字城市模型可以完整的浮出水面，做為一個孿生體與物理城市平行運轉，虛實融合蘊含無限的創新空間。
數字孿生城市的搭建將引發城市智能化管理和服務的重大顛覆式創新。設想一下，與物理城市對應有一個數字孿生城市，物理城市所有的人、物件、事件、建筑、道路、設施等，都會在數字世界有虛擬映像，信息可見，軌跡可循，狀態可查，虛實同步運轉，情景交融，過去可追溯，未來可預期，當下知冷暖，見微知著，睹始知終，全市一盤棋盡在掌握，一切可管可控，管理扁平化、服務一站式，信息多跑路、人力少跑腿，虛擬服務現實、模擬仿真決策，精細化管理豈非容易，人性化服務豈非不難，城市智慧再不是空話。事實上，印度海德拉巴、新加坡，還有我們國家的深圳、雄安，都已經在做這方面的探索和嘗試。大量的投資，正在涌入“智慧城市+數字孿生”的應用場景。
阿里的“城市大腦”、“數字平行世界”，還有科大訊飛的“訊飛超腦”，都有涉及到智慧城市和數字孿生的結合。
3、基建工程
基建工程也是數字孿生的一個重要的應用場景。尤其是對中國這個“基建狂魔”而言，引進數字孿生意義更為重大。我們在修建高速公路、橋梁等基礎設施前，完成對工程的數字化建模，隨后在虛擬的數字空間對工程進行仿真和模擬，評估工程的結構和承受能力，還可以導入流量數據，評估工程是否可以滿足投入使用后的需求。在工程交付之后，還可以在維護階段評估工程是否可以承擔特殊情況的壓力。以及檢測可能會出現的安全隱患。
除了以上所述領域之外，包含醫療、物流、環保等許多場景都適合運用數字孿生技術，應用場景非常廣闊。