數字孿生體：第四次工業革命的通用目的技術

這可能是目前在數字孿生領域最好的一本入門書。雖然作者的寫作手法確實不行（有的地方囉嗦，有的地方重複，有的地方語言邏輯跳躍），但是能看出來作者是躬身入局、很有功底的人。從理論到實踐，從歷史到未來，作者認真的分析研究，很有啓發和幫助

乾貨比較少，概念性的描述有些多。

還是忍不住要推薦一下，仁智見仁智者見智。釐清了以前混沌的概念，日本和德國高度集成的工業哲學，美國開放架構的工業哲學，日本失去的光陰歲月，德國從信息物理系統轉向數字孿生。作者的降維策略真真妙不可言，數字孿生的各個流派和五級劃分讓可視化，仿真各路江湖各歸其位，瞬間大徹大悟了人工智能，大模型，數據和算力的高規格。同時反覆讀幾本書讓多源異構的融合和並行工作有了深刻體會，燒腦如同燒cpu，怎一個煩字了得，難爲了不再年輕的自己。😓😓😭😭

這本書很不錯！起初讀的時候就感受到了作者的用心良苦，一方面看到國內欣欣向榮的數字孿生從業企業日漸壯大，另一方面也看到了繁榮背後的亂象——有些只是藉着概念帶貨出貨，爛尾項目或者無法用起來的系統遍地開花，還有不成體系沒有統一標準的孤島數據集合……都證明中國的數字孿生髮展還有很長遠的路要走！還有一個更高度宏觀的問題，從日美的“技術轉讓”局中局，搞煙霧彈讓日本一頓操作不僅迷失了方向消耗大量成本還錯失了機會，那中國也應該必須從自己實際出發有自主思考能力，而不是拿來主義或者跟隨主義！當前國家之間的博弈早就變成了智力，謀略層面，而不是過去的熱鬥，肌肉比拼！從大里說，這是頂層設計，頂層設計決定了整體走向。從小裏說，我們每個人每個領域的精進，最後也會影響全局。宏觀和微觀是密不可分互相影響的，不是單向的！整本書我還有很多細節沒有仔細看，我會繼續在最近幾天好好研讀和思考，感謝作者的悉心整理，與用心良苦，期待更多好作品！

全書措辭有點囉嗦，最有價值的觀點就一個：數字孿生的核心在於降維，從而實現更復雜工業場景下的高效溝通。 從人蔘與的角度來看，人與機器的協作是高維度的自動化，對人的要求通常比較高；人與信息系統的協作是中維度自動化，而機器與機器之間進行協作則是低維度自動化。數字孿生體的本質是降維，用顆粒度更小的數據驅動機器與機器協作，將難度轉移到體系設計階段，從而降低檢驗測試、運行維護階段的困難。 數字孿生體產生之初，就肩負了協調利益相關者之間利益的職責。採用降維方法，把注意力從信息層面切換到數據層面，爭取設計一套設備或系統之間溝通的標準，儘量避免人的干擾，纔有可能解決傳統的固疾。通過對物理世界的對象進行建模，促使單一數據源的實現，這爲數字孿生體的應用提供了先決條件。 讓數據驅動的數字孿生體技術應用到低維度領域，更容易產生經濟效益，這即爲降維策略的意義。

最近在參與數字孿生的相關工作，也和領導、同事們一起接觸了不少數字孿生基座的提供商。在調研過程中也看了一些文獻和報告，這本書是一本比較合適的參考書，比較系統地描述了數字孿生的發展史，闡明瞭數字孿生的概念、執行線索與思路，有助於理解數字孿生體的本質，釐清數字孿生體平臺與全生命週期管理、仿真、三維可視化之間的差異。對於各個行業上這本書也提供了一些案例，但對於技術執行細節上並未進行特別深入的探討，這可能也是目前行業處於起步階段的現狀所致。 數字孿生是一項通用目的技術，不僅是三維建模與可視化或仿真，而是涉及到數字孿生化、數字線程與數字孿生平臺，三者各司其職形成數字孿生體範式。（1）數字孿生化構建了物理世界在數字空間的表達，是數字孿生體是基本的原子資產；（2）數字線程以數字孿生體的數據交換爲手段，通過數字孿生體實體模型單一數據源，完成設計、驗證、生產與維護的全過程；（3）數字孿生平臺是不同行業下承載數字孿生體、數字線程的平臺，提供了包含大數據分析、人工智能等通用能力，以及工程設計、健康檢測、實時控制、預測性維護、離線分析、在線推演等行業應用。 對於任意行業，數字孿生平臺想要形成產業平臺，則必然要解決行業的共性問題，形成殺手級應用。目前數字孿生的應用行業可分爲資產類（城市、建築、能源）、控制類（製造、能源、航空航天、交通）、仿真類（城市、交通、航空航天、醫療、材料、國防）。抽象出行業共性需要在後續項目的開展和實踐中繼續沉澱，目前可預見的資產類的殺手級應用應是資產管理，而控制類與仿真類的殺手級應用可能是運行機理與交互式預演。 與之對應的，目前數字孿生體存在三種流派：數據派、連接派與仿真派。數據派以數據驅動爲基礎，靈活度高，應用廣泛，通常包含環境感知、數據治理與系統決策三個層級，具備較好的可擴展性；連接派將數字孿生體視爲數字資產，期望通過物聯網資產連接的規模增長形成網絡效應，達到大範圍信息交換與決策的目的，投入成本大，並且只有度過關鍵規模的拐點才能稱得上成功；仿真派則要求基於細粒度數據的實體模擬，包含對真實實體物理運行特性與本質的描述，能達到貼合真實情況的效果，但成本與門檻均較高。 上述三個派系並無優劣之分，只是存在於不同的場景中。但數字孿生體的本質在於降維策略，即將原有的基於信息的高維人機交互，降維到基於數據的低維機機交互上，而數據派的執行路徑天然契合這項策略。可以預見的是，數據驅動的數字孿生體平臺將會有較大的發展空間。 初讀這本書花了我快13個小時，仍有很多具體的概念需要進一步瞭解，後續在項目開展的過程中，還需要再細細品讀理解。

數字孿生體是充分利用物理模型、傳感器更新、運行歷史等數據，集成多學科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過程，在虛擬空間中完成映射，從而反映相對應的實體裝備的全生命週期過程。數字孿生是一種超越現實的概念，可以被視爲一個或多個重要的、彼此依賴的裝備系統的數字映射系統。 這個概念起源於美國國防部的國F35戰鬥機的設計與生產。大家需要解決一個困難的問題，就是“醜小孩綜合徵”。醜小孩綜合徵的意思是母親不願意也不能事先知道自己懷着的嬰兒有可能是醜小孩。但是在傳統的製造業中，只有當把所有的流程都走一遍，把東西生產出來了，才知道原來這不是自己想要的。更何研發戰鬥機的流程如此的長，而且花錢，重來一遍簡直要了老命了。 有沒有辦法在事先就知道自己“懷了醜小孩”呢？這時候DARPA（國防高級研究計劃局，其輝煌戰績就是研發現在的互聯網）再度出山，提出虛擬戰鬥機方案，模擬所其有的物理機制。同時把製造的各個環節的數據打通，輸入其中，這個虛擬戰鬥機會作出相應的改變（依照物理規律）。當發現虛擬戰鬥機符合樣子後，即確認不是“醜小孩”了，才實際投入生產。而這個虛擬戰鬥機就是數字孿生體。 這個虛擬戰鬥機看着挺像一種仿真技術的。我起初搞不懂其中的區別，後來仔細研讀後，特別是後面的數字城市篇章後，才發現數字孿生蘊含的格局要遠遠仿真技術。 仿真只是單純的模擬物理世界的事物，和物理事物並不交互，或者交互是單向的，物理事物把狀態傳遞給仿真體。而數字孿生體想做的是雙向控制，實體實時傳輸數據給虛擬體，而虛擬體隨着數據和實體保持同步演變，還要根據對實體進行控制。仿真體可能在實體生產完成後，其生命結束，被銷燬。但是數字孿生體則要與實體一直共存。除了在生產環節預測實體的最終形態，待實體制造完成後，還要接受實體的運行數據，不斷的檢測、管理和改進實體。 就拿書中特斯拉的例子。傳統的汽車出廠了，幾乎就和廠商沒什麼關係了。即便生產過程中，可能建造了仿真體來模擬，大大降低生產成本。但是這不叫數字孿生體。 真正的數字孿生體應該是像特斯拉這樣。車賣出去後，還是和特斯拉公司緊緊的保持聯繫。特斯拉爲每輛車都登記了一個孿生體，通過其車裏的軟件系統獲悉車主行駛數據，然後依照數據提供個性化服務。比如發現有車主總是路途中用完電池，車載系統自動安裝一個報警提示程序，來防止這種令人不愉快的事情再發生。 這才叫真正的“個性化”產品。 從這個例子我們明顯發現數字孿生體的生命週期要遠遠長於仿真體。它真正的做到了思想顛覆，把廠商從只顧生產環節，延伸到了客戶的使用環節。讓一件商品演變成一種服務。 還有令一個例子讓我很受震撼，太空製造。在地球上我們可以隨時派人進行干預，但是太空中那基本上就不可能。可數字孿生體發展成熟後，它可以通過孿生體控制實體，那麼遠程進行生產，維護就成爲可能。這個概念比無人工廠更加大，多加了運行維護環節。眼界拓展到太空製造真的很不一般。 數字孿生體還有一個意外的領域，那就是數字人體孿生，書中給出用途是模擬人在太空中的健康問題。成熟的話可以應用藥物開發上，減少真人的臨牀實驗。 一旦接受數據孿生體這個設定後，我們就發現它的威力是巨大的。它不僅僅是生產環節的一個附屬品，而是變成了控制實體的管理者。既然有了管理者屬性，應用的領域一下子就寬起來了。用書中的描述，就是成爲一種通用技術。

今天看到一則新聞“雄安城市計算中心正式投入運營”，其中提到了一個詞“數字孿生城市”，由這個產生了一些聯想…… 數字孿生城市我還是第一次聽說，特意去查了下。 什麼是數字孿生城市？ 　　本世紀初，邁克爾·格里夫斯（Michael Grieves）教授在美國密歇根大學的課堂上首次提出“數字孿生”（Digital Twin）的設想。作爲一種仿真技術，在理論上不僅要求與物理實體的幾何結構保持一致，而且能夠在信息系統中鏡像復原物理實體的狀態和行爲，技術上即利用大量的傳感器監測物理實體的運行狀態，通過數據建模仿真來驗證對物理實體的控制效果，最終可以控制物理實體的運行。 簡單通俗一點解釋就是：把現實生活中的城市在網上做一個一模一樣的鏡像，網上和現實是實時同步的，網上可以監控甚至可以控制現實的實體。 我們常聽到的就是智慧交通，大數據可以分析車流的狀況來控制紅綠燈或者提示司機路況信息，這個已經很常見了。 在這基礎上升級，現實中的每棟樓房，每個商場，甚至每個消防設置，地下管道，甚至一塊草坪都要上傳到雲端。 人臉識別，人流量，個人的行蹤都會到雲端。 雲端又可以控制現實中的實體。 想象一下，你去看一場演唱會，數據會自動上傳到雲端，演唱會里有多少人，能夠承受多大的負荷都會精準地計算出來。有了這個數據，雲端就可以根據計算就可以限制人流，演唱會踩踏事件就可以避免掉了。 再比如：城市化綠地乾溼度大數據會自動分析並會根據情況是否啓動澆水，也可以分析街道的整潔程度，是否啓動自動清掃車…… 還比如：可以根據小區人口的數量和年齡段而精準匹配配套的社會資源…… 孿生數字城市可以乾的事情就很多的了。 我們現在看到的一些軟件根據瀏覽記錄來給你推送你的喜好，在孿生數字城市下就顯得太弱了，已經不是一個級別的了。 孿生數字城市背後就是“5G+大數據+物聯網+人工智能”的綜合應用。 腦洞在開大些： 個人的行動，喜好，隱私都有可能被數據分析得到………… 在孿生數字城市下，我們好像變的越來越透明………… 甚至從出生到上學到成年，都可能被安排好了………… 一個一個的人被複製出來………… 我們離科幻電影裏面的場景是不是越來越近……………… 在“孿生數字城市”下，一些工作勢必會被取代 例如我們剛纔舉的例子：保安是不是就可以不需要那麼多了呀，智慧交通下，無人駕駛，出租車司機就有可能失業的，大數據+人工智能用於工業化生產，工人也有可能會失業…… 只要是能夠被機器取代的行業，人們都有可能面臨失業。 那我們應該做什麼？ 不要過於焦慮，任何一項新事物發展起來，會消除一些職業，也會帶來新的職業的。 比如電商行業，實體就被衝擊的很大，同時造就了電商主和物流行業，快遞員等職業。 在這個科技飛速發展的時代，我們需要的就是緊跟時代的步伐的。 核心的一點，科技是爲人服務的，是爲了讓人生活的更好，而人內心的富足安寧纔是根本，這個就是內求，向內不斷追求提升，尋求滿足，科技只是外求。

本書幾個觀點： 1）數字孿生體，作爲新時代的通用目的技術之一，將會推動工業4.0迅猛前進。 2）數字孿生體，來源於美國空軍機身孿生體項目，後降維在民用市場。它區別於信息物理系統，後者肇始於美國，發展於德國，鼎盛於日本，最終被時代拋棄。 3）數字孿生體，包括三種技術，數字化孿生化，數字線程，數字化孿生平臺。孿生化解決物理世界數據映射到虛擬世界，數字線程解決虛實世界之間的數據互動，孿生平臺是整體結果呈現。數字化線程有三個流派：仿真派，（物聯）連接派，數字派。 4）數字孿生體解決的主要問題，是產品在設計、研發、生產、運維全週期階段，數據源的唯一性問題。通過數據全程驅動產品全週期，從而實現複雜產品的簡化和降本。 本書提出的從高維“人機協同”降維到“人-系統-機器協同”中維，進而降維到“機器與機器之間協同”低緯概念，通過降維將事情簡化，是一個值得參考的概念。

數字孿生的發展其實並不樂觀，但是並不妨礙通過本書對這類技術及市場的全景認知。企業經營管理者還是要從客戶、市場出發來思考數字孿生的意義。