關于DigitalTwin成為當下熱門話題，其實，我一直想知道它與傳統(tǒng)的建模仿真（Modeling&Simulation）有什么區(qū)別？因為看上去它似乎就是建模仿真，此前與西安的翰林兄弟電話交流了一次，覺得幾個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主要談的是一個單元，而主線則談的是整個流程，從設計、制造、運營、維護的全流程，因此，單獨一個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)新設計環(huán)節(jié)，也包括制造環(huán)節(jié)的價值鏈條，以及運營維護的資產(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“動態(tài)交互”，而非靜態(tài)的，即，在數(shù)字對象與物理對象之間必須能夠實現(xiàn)上下行的數(shù)據(jù)交互，這樣才能讓這個數(shù)字孿生運行具有持續(xù)改善的工業(yè)應用價值。

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)機理模型無法解決的非線性、不確定性問題，數(shù)字孿生技術可以與機器學習、深度學習構成一個不斷進化的系統(tǒng)。

其實在上圖中我們看到兩種數(shù)字優(yōu)化，一種模型驅動（Model-Driven），一種數(shù)據(jù)驅動（Data-Driven），即我們可以將機理模型與/或強化學習構建一個適合工業(yè)應用的優(yōu)化方法包。

4.建模仿真與數(shù)字孿生關注點不同，建模仿真關注于模型的保真度，即，是否能夠準確的還原物理對象的特性與狀態(tài)，而數(shù)字孿生技術則關注于動態(tài)中的變化關系。

建模仿真關注模型本身

二、數(shù)字孿生應對個性化挑戰(zhàn)

其實個性化本身就是提高了不確定性，這是一個大的不確定性環(huán)境，另一個是對實體對象描述和測控中的不確定性，因為在精細的系統(tǒng)也有干擾、不可測量或不易測量（成本過高）的變量，而傳統(tǒng)意義上模型無法進行測量驗證的又恰恰是學習可以擅長解決的問題嗎？

因此它最大的意義正是應對個性化、解決不確定性環(huán)境中的問題，而今天的時代，一方面需求導致更多這樣的問題，另一個是指工具、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？

其實數(shù)字孿生的用途就是數(shù)字建模的用途，如果對產(chǎn)品，生產(chǎn)，維護各個環(huán)節(jié)實現(xiàn)建模，就為我們利用數(shù)字化打下堅實基礎。

1.早期驗證-應對個性化時代

1.1個性化才使得產(chǎn)品設計變得多樣、產(chǎn)線生產(chǎn)的頻繁切換、運營維護的粒度變小，這些“變化”都需要進行早期驗證，即，各種可能的變化都可以在產(chǎn)線投產(chǎn)，工藝切換前進行驗證，因此，“虛擬”在這里幫助“現(xiàn)實”節(jié)省時間與成本。

最有意思的事情就是虛擬的、數(shù)字化的對象可以滿足你任意的創(chuàng)新想法，以往這種測試驗證代價不菲，今天你可以低成本實現(xiàn)驗證。

1.2.采用AI方法解決不確定

在過去，很多生產(chǎn)運營、控制都是基于機理模型，而對于無法進行有效建模的干擾、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行，就像人們無法獲得最優(yōu)慣量比時候選擇大號電機一樣，造成浪費。

那么機器學習可以為從物理對象獲得的數(shù)據(jù)與建模的機理模型匹配協(xié)作，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的回歸特性或者關聯(lián)關系，這樣依據(jù)機理模型與數(shù)據(jù)驅動構建“白盒”可解釋的訓練模型及算法。

2.虛擬調試

在傳統(tǒng)的機器產(chǎn)線調試都是人員在物理對象傷進行，調試會耗費比較多的時間精力，而且特別依賴人的經(jīng)驗，而數(shù)字孿生為工程師搭建的數(shù)字化平臺提供了便利和高效的工具。

虛擬調試可以分為控制與工藝、設備與產(chǎn)線協(xié)同等多種調試發(fā)，其功能實現(xiàn)、代碼驗證等均可在虛擬環(huán)境中進行，虛擬調試比較好在于不需要實際的生產(chǎn)測試驗證，可以避免物理對象調試的成本，在虛擬環(huán)境中發(fā)現(xiàn)潛在的機械、控制問題并及時改善，虛擬調試也可以降低風險，包括安全風險及時間風險。

構建數(shù)字孿生體后，結合虛擬現(xiàn)實技術還可以在生產(chǎn)服務等環(huán)節(jié)體現(xiàn)增值，延續(xù)企業(yè)的價值鏈。

3.數(shù)字孿生應用于生產(chǎn)運營服務

通過構建數(shù)字孿生體，我們可以實現(xiàn)遠程的診斷，維護指導、更換硬件，這些服務都可以降低人員的消耗，而且更為高效，具有良好的預測性-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)、設備故障的學習/機理模型的預測性分析的。

4.數(shù)字化遠程培訓

當我們構建了數(shù)字孿生體，結合AR/VR技術可以實現(xiàn)虛擬的教學，可以操作機器，而事實上這個機器可以是一個遠程的或者本地的，你可以模擬到它的各種反饋，更為生動直觀。

對于未來的數(shù)字時代的教育與培訓而言，數(shù)字孿生是再好不過的選擇，既可以可視化教學又可以遠程操作，樂趣而實際。

四、工欲善其事必先利其器

當然，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技術和傳統(tǒng)的數(shù)字建模與仿真技術，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)新設計思想導向下，有數(shù)字建模的基礎，有完整的體系而不是局部技術，才能發(fā)揮效力。

這是一個改變制造業(yè)的方向，但它必須建立在踏實的工作基礎上。