安世亚太田锋：数字孪生体进化论

此处所说的仿真是广义仿真，那些具有明确物理机理的计算过程都属于广义仿真，包括物理(如流动、力学、化学等)原理确定并被实践验证，往往被作为成熟理论来使用，包含公理、定理、公式、数值计算、工程算法、经验公式等。模拟仿真采用的工具包括算法程序、各类CAE工具，譬如物理场仿真、人群仿真、交通仿真、物流仿真、组织仿真等。

通常来说，CAE有两种类型：物理场仿真和系统仿真。物理场仿真的计算规模大、时间长，通常无法满足数字孪生体与物理对象实时交互的需要;系统仿真则具有速度快的优势，通常可以达到实时交互要求。因此，在数字孪生实践中，往往需要把物理仿真过程进行降阶(ROM)，抽取物理仿真的某些特性和参数，转换成系统仿真模型来参与计算。

我们把模拟仿真过程称为“先知”，该过程提供了数字孪生体的“左脑”。人类的左脑专事逻辑推理和理性判断，只要具有明确规律和逻辑，不管多复杂，总是可以通过推理获得明确的结论，提前知道数字孪生体和物理对象将会发生什么。此时的数字孪生体就是一个有头脑、会思考的智能孪生体，开始具有明显的生命特征，特别是人类的理性思维特征。

六、数据分析

数据分析过程是基于不完整信息和不明确机理来推测未来。我们的世界中，大多数现象的物理规律并不明确，大多数情况无法获得完备的边界条件和物理状态，但我们仍然不得不对未来做出预测，哪怕是在模糊的判断，仍然好于毫无判断。如果要求数字孪生体越来越智能和智慧，就不应局限于人类对物理世界的确定性知识。其实人类本身就不是完全依赖确定性知识而领悟世界的。

大数据和人工智能(AI)技术是数据分析的关键技术。根据通过“互动”过程收集的数据以及“先知”过程输出的数据，利用相关性分析建立物理世界的近似模型，依据当前边界条件和物理状态进行下一步状态的预测，并且对近似模型逐步优化。当前边界条件和物理对象状态是被不完整测量的，但也只能作为近似模型的不完备输入条件，输出的结果当然距离物理世界的真实情况有一定偏差。但随着机器学习的持续，算法和模型逐步改善，近似模型会越来越逼近物理机理，预测结果也会逼近物理世界。也正是因为这个原因，业界有人将大数据(及AI)视为科学研究的“第四范式”，科研方法从传统的三种方法——理论、实验、计算拓展到第四种方法——大数据(及AI)。

我们把这个过程称为“先觉”，提供了数字孪生体的“右脑”。人类的右脑专事感性思维，利用直觉和第六感来获得对世界的判断和预测。当然这里指的直觉那种优秀的直觉，而非普通人的直觉。优秀的直觉源于对丰富经历和有效经验的高度总结，还需要经常性的深度思考和远期瞭望。我们的社会中确有一类具有这种优秀和敏锐直觉的人，是他们引导着你的企业、机构甚至人类的发展方向。

七、数字资产

数字孪生体作为一种数字资产，其中的数据就像生命体的基因。它的积累、管理、追溯和共享既是其存在的基本特征，又是其进步的必要手段。数字资产通过传承、协同和进化，向历史学习，向他人学习，从而实现持续成长。人类之所以进步，是因为我们的祖先通过将他们的思想和成果用文字的方式流了下来，使得我们可以传承祖先的智力资产，可以向老子问道，向孔子习理，向牛顿求知，向亚里士多德讨教。

数字线程和云计算是进行数字资产处理的关键技术。数字线程将物理对象的全生命周期的各数字孪生体之间的数据资产进行传递和追溯，从而实现优秀基因遗传。云计算则将不同物理对象的数字孪生体之间实现共享和协同，从而实现平庸基因进化。

我们把这个过程称为“共智”，使数字孪生体出现“社会性”特征。同一物理对象在生命周期的不同阶段有不同的数字孪生体，数字资产记录了数字孪生体整个生命周期中的全息数据，并反映这些数据在数字孪生体整个生命周期中的演变路线，但相同对象的孪生数据必须关联和传承。物理世界的多样性决定了其对应的数字孪生体的多样性，世界的普遍联系决定了数字孪生体的普遍联系。人与人之间具有联系构成了人的社会，数字孪生体之间的联系构成了数字社会。

“共智”实现了不同数字孪生体之间的智慧交换和共享，多个数字孪生单体可以通过“共智”形成更大和更高层次的数字孪生体，这个数量和层次可以是无限的。《阿凡达》电影中的潘多拉星球是个物与物天然共智的世界，也许是人类科技所限，地球的各物件之间是否能天然共智尚不得而知，但通过数字孪生体，我们可以实现地球上物理世界的共智。

八、人机交互

人机交互是人类与数字模型打交道的直观可视化界面。这里可以展示数字孪生体的数据，了解数字孪生体的状态，也可以操作和干预数字孪生体，同时实现对物理对象的干预。

数据的可视化展示技术以及虚拟现实技术是人机交互的两个重要技术。数据的可视化展示技术将数据和信息输出为高清、直观、可视化的、可交互的图形图像，通过对数据的操作可以实现与数字孪生体乃至物理对象的操纵。虚拟现实(包括VR、AR和MR)提供的深度沉浸技术让人类与数字世界交互模式可以与物理世界类似。

我们把这种特性称为“五官”。对人类来说，五官是人们相互认识、了解和沟通的界面，通过望闻问切基本可以了解人的身体状况，通过眼神和语言的交流可以了解人的精神状况。而数字孪生体的人机交互所提供的能力则超越了人体五官所能提供的功能。虚拟现实技术使数字化的世界在感官和操作体验上更加接近物理世界，让“孪生”一词变得更为精妙。但在数字世界中，人类又具有超人般的特异功能，可以无限驾驭数字世界，例如变换大小、穿墙而过、隔空取物、时空穿越等，将数字孪生体的应用推向极致。

在物理世界，有一种让社会系统或(和)技术系统(譬如机器、工厂、物流、城市、战场)充分发挥作用和价值的高效方式——应用系统，譬如ERP、PLM、MES、SCM、MRO等系统。这种高效方式在数字孪生体世界仍然可以采纳，但鉴于人在数字孪生体世界无所不能的自由特性，使得这个世界的类似系统可能不需要像物理世界那样割裂，也许会合并一个系统。

《黑客帝国(Mtrix)》电影为我们展开了一个奇特的应用系统，可以认为该系统整合了所有我国熟知的应用系统。人类与这个世界打交道的方式是：人的意识通过网络进入系统，与其中的各种数字孪生体进行交互。

九、生命特征

通过以上分析，我们认为，数字孪生体是一个具有思维能力、可持续进化的生命体。

当然，物理对象也具有天然的生命特征，但这种生命具有的特点如下：本能、直觉、条件反射、既定式、预设化、确定性、机械性、个体化。

（编辑：济源站长网）

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