什么是数字孪生？

    近年来，数字孪生（英文digital twin）一词频频走入大众视野；这引发了不少人的关注，也引发了一些人的焦虑。那么，什么是数字孪生呢？

数字孪生示意图(图片源自网络)

    数字孪生是对象、流程和系统的实时而虚拟的表示，是现代科技发展中的新术语。虽然数字孪生可以代表纯粹的数字事物，但它们通常是物理和数字领域之间的桥梁。例如：数字孪生可以提供工厂运营、通信网络或通过物流系统的数字视图。

    国际咨询公司Gartner指出：“数字孪生的实现是一个封装的软件对象或模型，它反映了一个独特的物理对象、流程、组织、人员或其他抽象。来自多个数字孪生的数据可以聚合成一个综合视图，涵盖许多真实世界的实体(例如发电厂或城市)及其相关流程。”

    物理操作的虚拟“克隆”可以帮助企业监控操作、执行预测性维护，并为投资决策提供见解。它们还可以帮助企业模拟那些使用实物资产进行测试过于耗时或过于昂贵的场景，创建长期业务计划，识别新发明，并改进流程和确定今后的目标。

    国际软件集成公司SL Controls表示，数字孪生包括三个主要元素：(1)历史数据。有关机器、流程和系统过去性能的数据。(2)实时数据。数字孪生接收来自设备传感器的持续更新以及来自平台和系统的输出，例如制造设备、客户服务和采购。(3)未来数据；这其中包括机器学习和工程师的输入。

    SL Controls还表示，模拟允许工程师对物理资产进行测试和评估，但其模拟是静态的。这取决于工程师输入新参数。数字孪生可以接收来自物理资产、流程或系统的实时更新，允许工程师使用真实环境执行测试、评估和分析工作。美国IBM公司也表示，当今使用的各种数字孪生在很大程度上因其应用领域而有所不同。

    数字孪生是客观世界中的物化事物及其发展规律被软件定义后的一种结果。丰富的工业软件内涵以及强大的软件定义效果，让数字孪生的研究在许多领域呈现出百花齐放的态势。依靠软件中的某些特定算法，人们已经开发出了某些具有一定智能水平的工业软件，如具有关联设计效果的产品设计系统；又如模仿人在纸面上作画的行为等。

    作为一种崭新科技，数字孪生在给人们带来诸多有利因素的同时，也会存在相应的挑战。因此，要充分认识数字孪生的优势和它可能存在的问题，做到趋向有利的一面，避开有害的一面。正如中国学者周仪荣先生曾经所言：“科技是一把双刃剑，在它给人们带来美好的同时也带来一些麻烦；因此要合理利用科技，发挥它有利的一面，限制它不利的一面。”只有这样，才能使数字孪生得以健康发展。

    文/韩洁(作者单位：北京理工大学物理学院)