關(guān)于DigitalTwin成為當(dāng)下熱門話題，其實(shí)，我一直想知道它與傳統(tǒng)的建模仿真（Modeling&Simulation）有什么區(qū)別？因?yàn)榭瓷先ニ坪蹙褪墙７抡?，此前與西安的翰林兄弟電話交流了一次，覺得幾個(gè)比較重要的概念必須先厘清吧！

一、數(shù)字孿生概念厘清

1.談數(shù)字孿生必須考慮數(shù)字主線（DigitalThread）,即，M&S主要談的是一個(gè)單元，而主線則談的是整個(gè)流程，從設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)營(yíng)、維護(hù)的全流程，因此，單獨(dú)一個(gè)單元的建模仿真不能稱為數(shù)字孿生。

如下圖所示，數(shù)字主線貫穿產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，也包括制造環(huán)節(jié)的價(jià)值鏈條，以及運(yùn)營(yíng)維護(hù)的資產(chǎn)管理環(huán)節(jié)，是整體而非局部，是集成而非孤立，是包含物料、能量也包含價(jià)值的數(shù)字化集成，也即垂直、水平、端-端的數(shù)字化集成。

2.必須明確的是DigitalTwin必須是“動(dòng)態(tài)交互”，而非靜態(tài)的，即，在數(shù)字對(duì)象與物理對(duì)象之間必須能夠?qū)崿F(xiàn)上下行的數(shù)據(jù)交互，這樣才能讓這個(gè)數(shù)字孿生運(yùn)行具有持續(xù)改善的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。

上行與下行數(shù)據(jù)的交互與商業(yè)環(huán)境相比需要考慮周期性、數(shù)據(jù)接口與信息建模，以便提高效率。

3..數(shù)字孿生解決的“不確定”環(huán)境中的問題，即，數(shù)字孿生體用于解決傳統(tǒng)機(jī)理模型無法解決的非線性、不確定性問題，數(shù)字孿生技術(shù)可以與機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)構(gòu)成一個(gè)不斷進(jìn)化的系統(tǒng)。

其實(shí)在上圖中我們看到兩種數(shù)字優(yōu)化，一種模型驅(qū)動(dòng)（Model-Driven），一種數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)（Data-Driven），即我們可以將機(jī)理模型與/或強(qiáng)化學(xué)習(xí)構(gòu)建一個(gè)適合工業(yè)應(yīng)用的優(yōu)化方法包。

4.建模仿真與數(shù)字孿生關(guān)注點(diǎn)不同，建模仿真關(guān)注于模型的保真度，即，是否能夠準(zhǔn)確的還原物理對(duì)象的特性與狀態(tài)，而數(shù)字孿生技術(shù)則關(guān)注于動(dòng)態(tài)中的變化關(guān)系。

建模仿真關(guān)注模型本身

二、數(shù)字孿生應(yīng)對(duì)個(gè)性化挑戰(zhàn)

其實(shí)個(gè)性化本身就是提高了不確定性，這是一個(gè)大的不確定性環(huán)境，另一個(gè)是對(duì)實(shí)體對(duì)象描述和測(cè)控中的不確定性，因?yàn)樵诰?xì)的系統(tǒng)也有干擾、不可測(cè)量或不易測(cè)量（成本過高）的變量，而傳統(tǒng)意義上模型無法進(jìn)行測(cè)量驗(yàn)證的又恰恰是學(xué)習(xí)可以擅長(zhǎng)解決的問題嗎？

因此它最大的意義正是應(yīng)對(duì)個(gè)性化、解決不確定性環(huán)境中的問題，而今天的時(shí)代，一方面需求導(dǎo)致更多這樣的問題，另一個(gè)是指工具、方法也同樣提供了一定的外在條件。

三、數(shù)字孿生可以干什么？

其實(shí)數(shù)字孿生的用途就是數(shù)字建模的用途，如果對(duì)產(chǎn)品，生產(chǎn)，維護(hù)各個(gè)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)建模，就為我們利用數(shù)字化打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

1.早期驗(yàn)證-應(yīng)對(duì)個(gè)性化時(shí)代

1.1個(gè)性化才使得產(chǎn)品設(shè)計(jì)變得多樣、產(chǎn)線生產(chǎn)的頻繁切換、運(yùn)營(yíng)維護(hù)的粒度變小，這些“變化”都需要進(jìn)行早期驗(yàn)證，即，各種可能的變化都可以在產(chǎn)線投產(chǎn)，工藝切換前進(jìn)行驗(yàn)證，因此，“虛擬”在這里幫助“現(xiàn)實(shí)”節(jié)省時(shí)間與成本。

最有意思的事情就是虛擬的、數(shù)字化的對(duì)象可以滿足你任意的創(chuàng)新想法，以往這種測(cè)試驗(yàn)證代價(jià)不菲，今天你可以低成本實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證。

1.2.采用AI方法解決不確定

在過去，很多生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)、控制都是基于機(jī)理模型，而對(duì)于無法進(jìn)行有效建模的干擾、非線性就無法有效控制，使得系統(tǒng)無法必須付出較大的裕度來保障基本運(yùn)行，就像人們無法獲得最優(yōu)慣量比時(shí)候選擇大號(hào)電機(jī)一樣，造成浪費(fèi)。

那么機(jī)器學(xué)習(xí)可以為從物理對(duì)象獲得的數(shù)據(jù)與建模的機(jī)理模型匹配協(xié)作，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的回歸特性或者關(guān)聯(lián)關(guān)系，這樣依據(jù)機(jī)理模型與數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)構(gòu)建“白盒”可解釋的訓(xùn)練模型及算法。

2.虛擬調(diào)試

在傳統(tǒng)的機(jī)器產(chǎn)線調(diào)試都是人員在物理對(duì)象傷進(jìn)行，調(diào)試會(huì)耗費(fèi)比較多的時(shí)間精力，而且特別依賴人的經(jīng)驗(yàn)，而數(shù)字孿生為工程師搭建的數(shù)字化平臺(tái)提供了便利和高效的工具。

虛擬調(diào)試可以分為控制與工藝、設(shè)備與產(chǎn)線協(xié)同等多種調(diào)試發(fā)，其功能實(shí)現(xiàn)、代碼驗(yàn)證等均可在虛擬環(huán)境中進(jìn)行，虛擬調(diào)試比較好在于不需要實(shí)際的生產(chǎn)測(cè)試驗(yàn)證，可以避免物理對(duì)象調(diào)試的成本，在虛擬環(huán)境中發(fā)現(xiàn)潛在的機(jī)械、控制問題并及時(shí)改善，虛擬調(diào)試也可以降低風(fēng)險(xiǎn)，包括安全風(fēng)險(xiǎn)及時(shí)間風(fēng)險(xiǎn)。

構(gòu)建數(shù)字孿生體后，結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還可以在生產(chǎn)服務(wù)等環(huán)節(jié)體現(xiàn)增值，延續(xù)企業(yè)的價(jià)值鏈。

3.數(shù)字孿生應(yīng)用于生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)服務(wù)

通過構(gòu)建數(shù)字孿生體，我們可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的診斷，維護(hù)指導(dǎo)、更換硬件，這些服務(wù)都可以降低人員的消耗，而且更為高效，具有良好的預(yù)測(cè)性-顯然，在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，智能制造中，數(shù)據(jù)都是可以用于直觀呈現(xiàn)資產(chǎn)健康狀態(tài)、設(shè)備故障的學(xué)習(xí)/機(jī)理模型的預(yù)測(cè)性分析的。

4.數(shù)字化遠(yuǎn)程培訓(xùn)

當(dāng)我們構(gòu)建了數(shù)字孿生體，結(jié)合AR/VR技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)虛擬的教學(xué)，可以操作機(jī)器，而事實(shí)上這個(gè)機(jī)器可以是一個(gè)遠(yuǎn)程的或者本地的，你可以模擬到它的各種反饋，更為生動(dòng)直觀。

對(duì)于未來的數(shù)字時(shí)代的教育與培訓(xùn)而言，數(shù)字孿生是再好不過的選擇，既可以可視化教學(xué)又可以遠(yuǎn)程操作，樂趣而實(shí)際。

四、工欲善其事必先利其器

當(dāng)然，必須說明的是，數(shù)字孿生也是一種工具與方法體系，它借助于不斷發(fā)展的IT技術(shù)和傳統(tǒng)的數(shù)字建模與仿真技術(shù)，用于解決制造業(yè)中的問題。

還是回到任正非先生所說“我們不要炫耀鋤頭而忘記種地”，數(shù)字孿生必須建立在良好的創(chuàng)新設(shè)計(jì)思想導(dǎo)向下，有數(shù)字建模的基礎(chǔ)，有完整的體系而不是局部技術(shù)，才能發(fā)揮效力。

這是一個(gè)改變制造業(yè)的方向，但它必須建立在踏實(shí)的工作基礎(chǔ)上。