趙敏

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

從2017年至今，“Digital Twin”一詞，因?yàn)槿舾芍馄蟮念l繁使用帶來(lái)的示范效應(yīng)以及國(guó)內(nèi)一些專家的介紹，在市場(chǎng)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(kāi)始重視“Digital Twin”，并在各種媒體上發(fā)表了一些對(duì)“Digital Twin”的解讀文章。

顯然，“Digital Twin”正受到業(yè)界越來(lái)越多的重視，基本共識(shí)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(lái)自對(duì)“Digital Twin”一詞的一種理解與翻譯。

但如何準(zhǔn)確地翻譯這個(gè)詞匯，成為了業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)內(nèi)容之一。往小處說(shuō)，這是一個(gè)技術(shù)術(shù)語(yǔ)翻譯的“信達(dá)雅”問(wèn)題，往大處說(shuō)，這是一個(gè)如何理解智能制造的實(shí)現(xiàn)機(jī)理之一的問(wèn)題。

對(duì)“Digital Twin”術(shù)語(yǔ)的準(zhǔn)確理解

首先，Digital Twin這個(gè)英文術(shù)語(yǔ)的重點(diǎn)和難點(diǎn)在于對(duì)“Twin”的理解。根據(jù)目前所看到的資料，Digital Twin一詞由美國(guó)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(xiě)的“Digital Twin： Manufacturing Excellence through Virtual Factory Replication”白皮書(shū)中進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。

如果查詞典，英文Twin的意思有如下選項(xiàng)：

n.孿生兒之一，雙胞胎之一；兩個(gè)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(duì)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(gè)英文詞匯時(shí)，對(duì)其所附加的前綴詞、后綴詞、應(yīng)用場(chǎng)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(jiàn)，任何一個(gè)重要的英文術(shù)語(yǔ)，在翻譯成為中文的時(shí)候，都需要慎重考慮。不僅要翻譯出來(lái)其準(zhǔn)確的原意，更要考證其形成和應(yīng)用的場(chǎng)景，這樣才算是一個(gè)比較負(fù)責(zé)任的翻譯結(jié)果。

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

數(shù)字鏡像—幾何鏡像：在二維空間里，一個(gè)物體（或二維圖形）在某平面鏡中反射出來(lái)的虛像。鏡像與原實(shí)物同樣大小，但不盡相同。磁盤(pán)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(lái)，是可以大致說(shuō)明DT內(nèi)涵的，但是有一點(diǎn)值得注意：鏡像是左右或上下相反的對(duì)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(dòng)詞，映射一詞既有照射的含義，也指“形成對(duì)應(yīng)關(guān)系”的動(dòng)作。作為名詞，在數(shù)學(xué)上，映射指兩個(gè)元素集之間具有元素相互“對(duì)應(yīng)”的關(guān)系。

PTC中國(guó)區(qū)技術(shù)總監(jiān)紀(jì)豐偉博士說(shuō)：“我們翻譯Digital Twin的時(shí)候，感覺(jué)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(lái)，所以用了映射?！比∑洹靶纬蓪?duì)應(yīng)關(guān)系”的“行為和形態(tài)”的意思，這個(gè)翻譯結(jié)果是可用的。

數(shù)字雙胞胎—這是一個(gè)來(lái)自英文“Twins”的翻譯結(jié)果。其實(shí)，無(wú)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(lái)看，似乎不應(yīng)該把“Digital Twin”翻譯成“數(shù)字雙胞胎”?！半p胞胎”是指同一母親一胞所生的兩個(gè)孩子，無(wú)論其相同或相像，都是指兩個(gè)實(shí)體之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。顯然，DT并非是兩個(gè)實(shí)體之間的比較，而是虛/實(shí)之間所具有的相像、相通與互動(dòng)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(shí)體在數(shù)字虛體中的精確映射結(jié)果。反過(guò)來(lái)，也可以說(shuō)物理實(shí)體是數(shù)字虛體的“物理孿生體”。數(shù)字孿生體的重點(diǎn)在于說(shuō)明數(shù)字虛體這一方，而不是人們最關(guān)注的虛實(shí)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(gè)”了。而孿生，則語(yǔ)義上更寬泛，未必是兩個(gè)（例如一個(gè)實(shí)體事物對(duì)應(yīng)兩個(gè)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(lái)比較恰當(dāng)?shù)姆g結(jié)果。取Twin的“兩個(gè)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(shí)體空間中的實(shí)體事物所對(duì)應(yīng)的、在形態(tài)和舉止上都相像的虛實(shí)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(shí)體事物一樣，但是一實(shí)一虛，彼此在本質(zhì)上不是一回事。這是理解該術(shù)語(yǔ)的關(guān)鍵點(diǎn)。

由此可見(jiàn)，數(shù)字孿生、數(shù)字映射、數(shù)字孿生體、數(shù)字雙生這四個(gè)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(diǎn)遜色。數(shù)字雙胞胎一詞則在原意上偏差大了一些。

為了準(zhǔn)確理解DT這個(gè)術(shù)語(yǔ)，在對(duì)DT的理解上延伸到了這個(gè)術(shù)語(yǔ)更為廣泛的“知識(shí)場(chǎng)景”上。

任何一個(gè)術(shù)語(yǔ)，在一個(gè)明確的字面意思的背后，其實(shí)都有其潛在的、不易見(jiàn)的，甚至是只能意會(huì)不可言傳的知識(shí)場(chǎng)景。

例如“創(chuàng)新”一詞，不僅在定義上有20多個(gè)，人們對(duì)其的理解與解讀，也是形形色色，千奇百怪。寫(xiě)一個(gè)術(shù)語(yǔ)容易，建立對(duì)該術(shù)語(yǔ)的共識(shí)（共同的知識(shí)場(chǎng)景）則很難。對(duì)DT的理解，也會(huì)大致如此。

關(guān)于Twin所具有的“兩個(gè)相像的人或物之一”的譯意，其實(shí)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(gè)詞來(lái)對(duì)比Twin，顯然有時(shí)序上的問(wèn)題，Twin具有“同時(shí)生成”的意思，而復(fù)制是在看到一個(gè)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(gè)。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(gè)詞來(lái)對(duì)比Twin，也會(huì)存在時(shí)序上的先后。盡管克隆是一種生物復(fù)制技術(shù)，可以通過(guò)母體干細(xì)胞而培育一個(gè)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(lái)對(duì)比Twin，不僅有時(shí)序上的問(wèn)題，還有法律上的著作權(quán)或?qū)＠麢?quán)的問(wèn)題。如前所述，在物理實(shí)體空間，如果復(fù)制一個(gè)物理實(shí)體，有做得像不像的“手藝”問(wèn)題；在數(shù)字虛體空間，并無(wú)“手藝”限制，數(shù)字化的特性決定了人們可以隨時(shí)隨地、百分之百地復(fù)制一個(gè)數(shù)字虛擬事物（如三維設(shè)計(jì)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(gè)必須考慮的問(wèn)題，是物理實(shí)體和數(shù)字虛體的生命周期的問(wèn)題。物理實(shí)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(shí)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(shí)體之一死了，另一個(gè)也就活不了多久了，因?yàn)檎l(shuí)都知道一對(duì)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(yuǎn)遠(yuǎn)超越它所對(duì)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(shí)現(xiàn)永生—因?yàn)橐坏┌褦?shù)據(jù)寫(xiě)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(wú)法刪除、長(zhǎng)久存在的，更何況被人類作為智力資產(chǎn)而精心維護(hù)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(wú)標(biāo)準(zhǔn)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(gè)生命周期中，通過(guò)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(shí)體空間中的現(xiàn)實(shí)事物所對(duì)應(yīng)的在形、態(tài)、行為和質(zhì)地上都相像的虛實(shí)精確映射關(guān)系。

根據(jù)沈陽(yáng)飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所王鴻慶等人撰寫(xiě)的《Digital Twin 數(shù)字孿生|工四100術(shù)語(yǔ)》文章介紹，數(shù)字孿生是充分利用物理模型、傳感器更新、運(yùn)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(guò)程，在虛擬空間中完成對(duì)物理實(shí)體的映射，從而反映物理實(shí)體的全生命周期過(guò)程。

中國(guó)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(lái)看，數(shù)字孿生是一個(gè)對(duì)物理實(shí)體或流程的數(shù)字化鏡像。

創(chuàng)建數(shù)字孿生的過(guò)程，集成了人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)和傳感器數(shù)據(jù)，以建立一個(gè)可以實(shí)時(shí)更新的、現(xiàn)場(chǎng)感極強(qiáng)的“真實(shí)”模型，用來(lái)支撐物理產(chǎn)品生命周期各項(xiàng)活動(dòng)的決策。

數(shù)字虛體與物理實(shí)體之間所對(duì)應(yīng)的孿生關(guān)系，其實(shí)早就有之，只不過(guò)此前沒(méi)有這樣嚴(yán)格定義過(guò)。

平時(shí)大家所說(shuō)的“比特（bit）與原子（atom）”“賽博與物理”“虛擬與現(xiàn)實(shí)”“數(shù)字樣機(jī)與物理樣機(jī)”“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(duì)應(yīng)詞匯描述，實(shí)際上都是以不同的專業(yè)術(shù)語(yǔ)，或近似或準(zhǔn)確地描述兩種“體”之間的虛實(shí)映射關(guān)系。

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

從誕生順序上看，物理實(shí)體在先，數(shù)字虛體在后。以工業(yè)視角來(lái)看，物理實(shí)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(duì)實(shí)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(méi)有實(shí)體，無(wú)法執(zhí)行工業(yè)必需的物理過(guò)程；沒(méi)有虛體，就沒(méi)有賦能和賦智。虛實(shí)必須融合，二者均不可缺。

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

從技術(shù)實(shí)現(xiàn)上看，要把過(guò)去20多年計(jì)算機(jī)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(shí)，以專業(yè)模型的方式，通過(guò)自動(dòng)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(kāi)發(fā)的綜合設(shè)計(jì)與驗(yàn)證平臺(tái)軟件，在飛機(jī)早期論證與方案設(shè)計(jì)階段，就可以建立整機(jī)級(jí)系統(tǒng)模型，以指導(dǎo)飛機(jī)快速方案論證和多種系統(tǒng)分析，在賽博空間中先把真實(shí)飛機(jī)的各種動(dòng)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(jī)燃油計(jì)量閥建模仿真等；

電氣系統(tǒng)：交流電動(dòng)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(chǎng)溫度測(cè)試系統(tǒng)等；

飛控系統(tǒng)：升降舵作動(dòng)系統(tǒng)建模仿真、設(shè)備詳細(xì)模型建模和參數(shù)辨識(shí)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(chǎng)景、多狀態(tài)的數(shù)字化仿真手段對(duì)于復(fù)雜產(chǎn)品的研制是至關(guān)重要的，已經(jīng)在實(shí)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(jī)創(chuàng)建了數(shù)字孿生體，不同工況條件、不同場(chǎng)景的模型都可以在數(shù)字孿生體上加載，每個(gè)階段、每個(gè)環(huán)節(jié)都可以衍生出一個(gè)或多個(gè)不同的數(shù)字孿生體，從而對(duì)飛機(jī)進(jìn)行全生命周期各項(xiàng)活動(dòng)的仿真分析、評(píng)估和決策，讓物理產(chǎn)品獲得更好的可制造性、裝配性、檢測(cè)性和保障性。如圖2所示。

在應(yīng)用場(chǎng)景中理解非“雙”、非“胎”

Digital Twin不是“胎”

在“胎”的詞義上，它不僅表達(dá)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(diǎn)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(jiàn)的雙床房（Twin-bedroom）或建筑常見(jiàn)的雙子樓（Twin towers）。

如果放到表示物理空間的實(shí)體事物與數(shù)字空間的虛體事物之間的“映射”場(chǎng)景下，那么彼此之間的本源和實(shí)質(zhì)則完全不同，此時(shí)“Digital Twin”所言，并沒(méi)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(dá)就有所偏離。

Digital Twin不止于“雙”

即使從“相像”來(lái)看，在所指上也并非限于“雙”，因?yàn)椤半p”字會(huì)把更多的潛在應(yīng)用場(chǎng)景限制住—彼此相像的虛實(shí)映射事物之間未必只有“一對(duì)一”的關(guān)系，其實(shí)還可能有以下虛實(shí)映射對(duì)應(yīng)關(guān)系：

“多對(duì)一”—多個(gè)物理實(shí)體對(duì)應(yīng)一個(gè)數(shù)字虛體的場(chǎng)景（例如同一類緊固件都對(duì)應(yīng)一個(gè)三維CAD模型）；

“一對(duì)多”—一個(gè)物理實(shí)體對(duì)應(yīng)多個(gè)數(shù)字虛體的場(chǎng)景（一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)在靜止、剛啟動(dòng)、平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)、即將出故障等不同場(chǎng)景下，其所對(duì)應(yīng)的數(shù)字虛體，在模型的表達(dá)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(duì)多”—是更為一般化的設(shè)備工作場(chǎng)景（設(shè)計(jì)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(chǎng)景）。

只有“相像”而無(wú)“相等”

在相像程度上，從“生物場(chǎng)景/物理場(chǎng)景”的“Twin”，引申到“數(shù)字化場(chǎng)景”的“Digital Twin”，其本意是強(qiáng)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(shí)體很相像。但是，相像歸相像，無(wú)論彼此多么像，二者之間也不是“是”、“等于”或“相等”的關(guān)系，因?yàn)楸痉恰巴?。一個(gè)數(shù)字虛體無(wú)論多么像一個(gè)物理實(shí)體，它也不是物理實(shí)體——這個(gè)客觀事實(shí)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(píng)價(jià)指標(biāo)來(lái)看，其實(shí)差異極大，本質(zhì)本源不同?！皵?shù)字雙胞胎”一詞，較容易引導(dǎo)人們把二者完全等同起來(lái)，把“貌似一模一樣”誤認(rèn)為“就是一模一樣”甚至“相等”，從而導(dǎo)致認(rèn)知上的錯(cuò)覺(jué)。

總而言之，“Digital Twin”一詞在翻譯和理解時(shí)，既不宜限定在“雙”，也不宜理解為“胎”，該詞借用“Twin”之意，所表達(dá)的是一種數(shù)字虛體與物理實(shí)體非常相像的虛實(shí)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(gè)或多個(gè)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(shí)體空間中的實(shí)體事物所對(duì)應(yīng)的、在形、態(tài)、行為和質(zhì)地上都相像的虛實(shí)精確映射關(guān)系。

在彼此對(duì)應(yīng)關(guān)系上，特例是“一對(duì)一”，常態(tài)是“多對(duì)多”。二者看似像“雙胞胎”，但實(shí)際上并不是，僅限于非常相像，并非真的等同，因?yàn)橐粚?shí)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(yǔ)的關(guān)鍵點(diǎn)。

“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(guò)了幾十年的發(fā)展歷程，只不過(guò)以前沒(méi)有這樣命名，而是走到了一定的發(fā)展階段，人們意識(shí)到可以給這種技術(shù)起一個(gè)更確切的名字。

實(shí)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(shí)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(shí)體，直至有了比較系統(tǒng)的數(shù)字樣機(jī)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(jì)、仿真結(jié)果，越來(lái)越虛實(shí)對(duì)應(yīng)，越來(lái)越虛實(shí)融合，越來(lái)越廣泛應(yīng)用，數(shù)字虛體越來(lái)越賦能于物理實(shí)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(shuō)，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(duì)物理實(shí)體（物理孿生體）建立了完全對(duì)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(gè)從其“形”、其“態(tài)”，逐漸向物理實(shí)體的“形、態(tài)”逼近的過(guò)程，直至看起來(lái)完全“相像”，如同同胞兄弟一般。在“相像”程度上，可以用不同級(jí)別的仿真度來(lái)衡量，如表1所示。

當(dāng)數(shù)字虛體與物理實(shí)體在時(shí)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(shí)體一側(cè)，是否能實(shí)現(xiàn)對(duì)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(shí)現(xiàn)對(duì)物理實(shí)體的控制（以C控P）？尤其是“以C控P”，是判斷是否實(shí)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(shí)際上，三年前撰寫(xiě)《三體智能革命》一書(shū)時(shí)，筆者就給出了一個(gè)典型的CPS結(jié)構(gòu)圖，在圖中明確以數(shù)字機(jī)器與物理機(jī)器相對(duì)應(yīng)、虛實(shí)映射的方式，說(shuō)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(shí)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(shí)時(shí)分析、自主決策、精準(zhǔn)執(zhí)行”的智能方式實(shí)現(xiàn)了“以C控P”的精準(zhǔn)控制才算是CPS。

數(shù)字孿生的范疇并非無(wú)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(shuō)“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(wú)法做到一一對(duì)應(yīng)、完全能夠相互映射。

從物理側(cè)（P）來(lái)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(wú)法定義、無(wú)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(lái)看，神話、傳說(shuō)可以隨意展現(xiàn)，動(dòng)漫創(chuàng)意和想象中的事物也是如此，都可以通過(guò)數(shù)字虛體不受限制地表現(xiàn)出來(lái)，但是在物理空間找不到對(duì)應(yīng)的物理實(shí)體。因此，在兩“體”中都存在暫時(shí)無(wú)法延伸、映射到對(duì)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(shí)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(gè)階段都存在的普遍現(xiàn)象，大量的物理實(shí)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(gè)階段與每個(gè)物理孿生體所對(duì)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(shuō)的“一對(duì)多”的現(xiàn)象。如圖6所示。

有了越來(lái)越多的數(shù)字孿生體，人們可以做越來(lái)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(gè)“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(lái)源于用傳感器來(lái)觀察物理孿生體（例如GE用大量傳感器觀察航空發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)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(cè)試模型的計(jì)算，用于模擬、預(yù)測(cè)物理孿生體的某些特征和行為（例如用流體仿真技術(shù)計(jì)算汽車高速行駛的風(fēng)阻）。

德國(guó)西門子是一家比較強(qiáng)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(duì)一個(gè)物理產(chǎn)品及其數(shù)字孿生“在全產(chǎn)品生命周期進(jìn)行更新和維護(hù)”的認(rèn)識(shí)，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(dòng)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(gè)更大的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)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(guò)云服務(wù)，在Thingworx中建立了一個(gè)或多個(gè)數(shù)字孿生體，用于制造、研發(fā)、銷售、服務(wù)、財(cái)務(wù)等各個(gè)業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)。

美國(guó)《航空周報(bào)》兩年前就做出這樣的預(yù)測(cè)：“到了2035年，當(dāng)航空公司接收一架飛機(jī)的時(shí)候，將同時(shí)還驗(yàn)收另外一套數(shù)字模型。每個(gè)飛機(jī)尾號(hào)，都伴隨著一套高度詳細(xì)的數(shù)字模型。”每一特定架次的飛機(jī)都不再孤獨(dú)。因?yàn)樗鼘碛幸粋€(gè)忠誠(chéng)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(guò)是長(zhǎng)期以來(lái)，人們用數(shù)字世界的數(shù)字虛體技術(shù)，來(lái)描述物理世界的物理實(shí)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(gè)術(shù)語(yǔ)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(lái)CAX發(fā)展的必然結(jié)果，只不過(guò)在今天人們經(jīng)過(guò)總結(jié)提高之后，加深了對(duì)它的認(rèn)識(shí)，給出了新的認(rèn)識(shí)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(shí)施CPS。要做好CPS，就必須充分認(rèn)識(shí)數(shù)字孿生。要認(rèn)識(shí)數(shù)字孿生，就必須研究與數(shù)字孿生有關(guān)的所有問(wèn)題，從起源、技術(shù)、應(yīng)用、界限到命名。