下面讓我們介紹一下一個在產(chǎn)業(yè)界如火如荼，但公眾還十分陌生的概念：數(shù)字孿生（DigitalTwin）。在解答這個晦澀難懂的概念前，我首先聯(lián)想到了一個人，原蘇聯(lián)知名的昆蟲學家、數(shù)學家和哲學家——柳比歇夫。在26歲那年，他獨創(chuàng)了一種“時間統(tǒng)計法”，可以通過記錄每一天做的每件事情所花費的時間，經(jīng)過統(tǒng)計分析，進行每月小結(jié)和年終總結(jié)，由此來改善工作方法，計劃未來事務(wù)，進而提升對時間的利用效率。
這個“時間統(tǒng)計法”，他沿用了56年，直至逝世。那么，他的學術(shù)成果呢？著實十分驚人，一生發(fā)布了七十多部專著。但他并不是一個整天鉆進書齋里的老學究，從那本《奇特的一生》中，可以發(fā)現(xiàn)他的業(yè)余時間十分充裕，甚至于每一天只需工作幾個小時，他還能完成大量的社交、旅行還有休閑。
講到這里，我們可能會覺得十分慚愧。言歸正傳，這里講到柳比歇夫和他的“時間統(tǒng)計法”，是因為這個方法跟下面要講的“數(shù)字孿生”十分相似。他幾乎忠實的記錄了每一天所有事物的時間，精確到多少時長。這就猶如在日記本上完全復刻了一個柳比歇夫的數(shù)字分身。讓我們通過觀看他的這本時間筆記，就能知道他這一生做了哪些事情。
如果再將這些記錄輸入電腦，做出數(shù)據(jù)表格，打上各種標簽，我們就可以對其完成的各類事情進行精準的分類統(tǒng)計和分析。如此這般，我們就能建立一個更多維度的柳比歇夫。仔細想一想這個辦法用在我們身上，是不是也可能產(chǎn)生“奇跡”。不過，“數(shù)字孿生”的野心更大，其想實現(xiàn)的是對整個物理世界的完整的數(shù)字映射。
1、數(shù)字孿生：為物理世界“復制”一個虛擬數(shù)字分身
“數(shù)字孿生”（DigitalTwin）這個概念正式提出是在NASA的2010年的一份技術(shù)報告當中，那時候給出的一個狹窄定義是“集成了多物理量、多尺度、多概率的系統(tǒng)或飛行器仿真過程”，接下來，“數(shù)字孿生”概念和相關(guān)技術(shù)主要應(yīng)用在航空航天領(lǐng)域的飛行器健康管理，包括像機身設(shè)計與維修，飛行器能力評估，飛行器故障預測等應(yīng)用當中。
不過，“孿生”的概念在二十世紀六十年代就已經(jīng)出現(xiàn)，那時候美國NASA在“阿波羅計劃”中，創(chuàng)建了兩個完全相同的航天飛行器，其中一個發(fā)射到太空執(zhí)行任務(wù)，另一個留在地球上用來反映太空中航天器在任務(wù)期間的工作狀態(tài)，進而協(xié)助工程師分析處理太空中出現(xiàn)的緊急事件。此時，兩個航天器都是真實存在的物理實體，也就是還未形成“數(shù)字孿生”的概念。
到2003年左右，美國密歇根大學教授Grieves首次在“產(chǎn)品的全生命周期管理”課程上提出了“數(shù)字孿生”的構(gòu)想，只是當時將之稱為“ConceptualIdealforProductLifecycleManagement”，PLM的主要構(gòu)想便是在虛擬空間創(chuàng)建一套數(shù)字模型，可以與物理實體進行交互映射，完整描述物理實體全生命周期的運行軌跡。
現(xiàn)如今，伴隨著數(shù)字化技術(shù)在消費互聯(lián)網(wǎng)和產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的深層次應(yīng)用，“數(shù)字孿生”概念和技術(shù)獲得了更加廣泛地推廣和應(yīng)用。在2019年，“數(shù)字孿生”這一術(shù)語已經(jīng)被Gartner列入2019年十大戰(zhàn)略性技術(shù)趨勢之一。
如何來解釋“數(shù)字孿生”概念呢？從國際標準化組織的定義來看，數(shù)字孿生是具備數(shù)據(jù)連接的特殊物理實體或過程的數(shù)字化表述，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，并提供物理實體或流程過程的整個生命周期的集成視圖，有益于提升整體性能。
簡單來說，便是針對于物理世界的實體，利用數(shù)字化手段創(chuàng)建一個數(shù)字世界中的“完整分身”，能夠和物理實體保持實時的交互聯(lián)接，憑借歷史數(shù)據(jù)、實時數(shù)據(jù)以及算法模型等，通過模擬、驗證、預測、控制物理實體全生命周期過程，實現(xiàn)對物理實體的了解、分析和提升。從上述定義可以看到，數(shù)字孿生所具備的特征，包含：
1）互操作性，即數(shù)字孿生中的物理實體和數(shù)字空間的虛擬實體能夠雙向映射、動態(tài)交互和實時連接。
2）可擴展性，即數(shù)字孿生技術(shù)具備集成、添加和替換的能力，能夠針對多尺度、多物理、多層級的數(shù)字模型內(nèi)容進行擴展。
3）實時性，即數(shù)字化虛擬實體可對物理實體進行隨時間軸變化而進行實時狀態(tài)的數(shù)字表征。
4）保真性，即數(shù)字化虛擬實體與物理實體保持在樣態(tài)、狀態(tài)、相態(tài)和時態(tài)上的高度仿真。
5）閉環(huán)性，即數(shù)字化虛擬實體可以表述物理實體的可視化模型和內(nèi)在機理，以便于對物理實體狀態(tài)數(shù)據(jù)進行監(jiān)控、分析、推理、優(yōu)化工藝參數(shù)和運行參數(shù)，實現(xiàn)決策功能，形成閉環(huán)性。
2、“萬物皆數(shù)據(jù)”：無處不及的數(shù)字孿生應(yīng)用場景
現(xiàn)階段，在海內(nèi)外錯綜復雜的經(jīng)濟政治格局下，數(shù)字經(jīng)濟在促進經(jīng)濟發(fā)展，提升 勞動生產(chǎn)率，打造新市場和產(chǎn)業(yè)新突破點，實現(xiàn)包容性增長和可持續(xù)增長等諸多方面都在發(fā)揮著重要的功效。根據(jù)最新數(shù)據(jù)，2019年數(shù)字經(jīng)濟占據(jù)我國GDP的比重已經(jīng)達到36.2%，數(shù)字經(jīng)濟增加值規(guī)模達到35.8萬億元。
數(shù)字孿生做為數(shù)字經(jīng)濟之中一項關(guān)鍵技術(shù)和高效能工具，可以有效的發(fā)揮其在設(shè)計模型、數(shù)據(jù)采集、分析預測、仿真模擬等方面的功效，助力推動產(chǎn)業(yè)數(shù)字化，促進數(shù)字經(jīng)濟與實體經(jīng)濟融合發(fā)展。
現(xiàn)如今，歸功于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等全新一代信息技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)字孿生在各領(lǐng)域獲得愈來愈廣泛的應(yīng)用實施。
3、支撐萬億規(guī)模的市場變革：數(shù)字孿生的未來產(chǎn)業(yè)圖譜
數(shù)字孿生的產(chǎn)業(yè)版圖可以從其技術(shù)生態(tài)系統(tǒng)的圖譜來了解，行業(yè)報告將數(shù)字孿生區(qū)分為“基礎(chǔ)支撐”、“數(shù)據(jù)互動”、“模型創(chuàng)建”、“仿真分析”、“共性應(yīng)用”、“行業(yè)應(yīng)用”6大核心模塊，匹配從設(shè)備、數(shù)據(jù)到行業(yè)應(yīng)用的全生命周期。
現(xiàn)階段，海內(nèi)外重點廠商主要有建模業(yè)務(wù)、仿真業(yè)務(wù)、平臺業(yè)務(wù)、行業(yè)服務(wù)業(yè)務(wù)四大類。
在基礎(chǔ)支撐層面，主要是可以創(chuàng)建數(shù)字孿生基礎(chǔ)的物聯(lián)網(wǎng)終端提供芯片、傳感器業(yè)務(wù)等廠商。目前而言現(xiàn)如今全球所有芯片巨頭都將物聯(lián)網(wǎng)芯片做為未來的重點戰(zhàn)場，物聯(lián)網(wǎng)傳感器也是眾多美國、日本、德國半導體公司爭奪的重點市場。另外像監(jiān)控設(shè)備這樣的邊緣設(shè)備，我國的企業(yè)具有比較強的優(yōu)勢。
在數(shù)據(jù)互動層，數(shù)字孿生的創(chuàng)建需要通過軟件定義的工具和平臺提供支持，現(xiàn)階段這些工具和平臺主要都掌控在國際的軟件巨頭手中，比如Bentley的iTwinService，ANSYS的TwinBuilder，微軟的Azure，達索的3DExperience等。
在仿真分析層，為數(shù)字化模型中加入物理規(guī)律和機理的計算、分析等能力，必須使用到仿真軟件，包含像CAD、EDA等工業(yè)仿真軟件和像交通、物流領(lǐng)域的復雜系統(tǒng)仿真軟件?，F(xiàn)階段我國在仿真軟件的國產(chǎn)化上，還沒法達到國外一線產(chǎn)品的水平。
在模型構(gòu)建層，在我們國家主要進行數(shù)字化建模服務(wù)的企業(yè)以國有測繪企業(yè)為主，市場規(guī)?，F(xiàn)階段達到數(shù)百億，但提供測繪數(shù)據(jù)服務(wù)的軟件仍以采購國外軟件為主。
在共性應(yīng)用層，也同樣依靠國外主流的這幾家軟件工具和平臺提供支持，雖然現(xiàn)階段還欠缺融合數(shù)字孿生綜合功能需求的一體化平臺出現(xiàn)，但是不同行業(yè)、應(yīng)用場景的界限正在打通。
在支撐技術(shù)層，面向云計算、人工智能、邊緣計算、安全等技術(shù)領(lǐng)域的企業(yè)都在從其自身優(yōu)勢領(lǐng)域切入數(shù)字孿生的產(chǎn)業(yè)布局中。
在行業(yè)應(yīng)用層，匯聚了數(shù)千家海內(nèi)外企業(yè)，針對各行業(yè)需求的數(shù)字孿生技術(shù)，提供包含像智慧城市、交通、水利、工程、工業(yè)生產(chǎn)、能源、自動駕駛、公共應(yīng)急等領(lǐng)域的各類應(yīng)用服務(wù)，有些行業(yè)市場規(guī)模都普遍超千億，智慧城市更是一個綜合規(guī)模上萬億的巨無霸市場。
總體上，仍然是具有基礎(chǔ)軟件平臺的企業(yè)有先發(fā)優(yōu)勢和實力，而像國內(nèi)的一些制造企業(yè)也在積極部署數(shù)字孿生系統(tǒng)，開始推動這一惠及萬億規(guī)模產(chǎn)業(yè)變革的新藍海。
根據(jù)Gartner的研究，截至2019年1月進行物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的企業(yè)中，已經(jīng)有13%的企業(yè)實施了數(shù)字孿生項目，還有62%的企業(yè)正在實施或者有計劃實施。不論是數(shù)字孿生的產(chǎn)學研生態(tài)，還是在各行業(yè)中的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，數(shù)字孿生正在全面開花，成為無論是產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)還是新基建等宏觀布局中重要的技術(shù)支撐。
也是在2019年初，凱文·凱利在《連線》雜志發(fā)文，提出“鏡像世界”的概念。他把“鏡像世界”當作互聯(lián)網(wǎng)歷史上第三次劃時代意義的的技術(shù)平臺，第一次是PC上將信息數(shù)字化的萬維網(wǎng)，第二次是移動時代將人類數(shù)字化的社交媒體，第三次便是將整個世界數(shù)字化的“鏡像世界”。
由此來看，凱文·凱利的“鏡像世界”，更多是站在公眾角度對于“數(shù)字孿生”概念的一次演繹，而數(shù)字孿生本身便是推動這場“鏡像世界”加速來臨的底層力量。