“出新推出“产业洞察”栏目，聚焦各细分领域，解析各行业发展前沿等问题。本周推出数字孪生系列，本篇为数字孪生定义及相关概念。欢迎大家转发阅读。
作者：飞飞 |
编辑：唐诗 |
随着工业互联网、智慧城市、智慧医疗等逐渐升温，数字孪生概念越来越受到关注。伴随着新一代信息与通信技术的成熟，数字孪生有望迎来窗口性机遇，在垂直行业和场景中创造更多价值。
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什么是数字孪生？
数字孪生，又被称为数字映射、数字镜像。2002年，数字孪生早期概念由密歇根大学教授Dr. Michael Grieves提出，大致意思是与物理产品等价的虚拟数字化表达。到了2010年，数字孪生概念被美国宇航局NASA首次正式提出。
数字孪生可以视为，用数字化方式，基于物理设备产生的数据，构建能准确反映物理设备状态的虚拟实体，借助历史数据、实时数据和算法模型等，模拟、验证、预测和控制物理实体全生命周期过程的技术手段。
根据数字孪生概念，至少可以知道几点，一是物理数字孪生之间的联系，是动态和实时同步的；二是持续的数据交互，能帮助虚拟孪生对物理设备运行状态实现更好的掌控；三是依靠大量的数据和模型，使用者可以更好模拟和测试物理环境中的多种场景。
数字孪生概念从提出到现在，这十几年时间中，数字孪生在行业中的应用却并不广泛，重要原因就在于技术，过去，数据的处理能力及信息通信技术尚不完善，应用数字孪生有很高的经济成本和技术门槛。然而，这几年新一代信息通信技术不断成熟，这让数字孪生迎来全新的发展机遇。
目前来看主要有几方面推动性因素，一是数据采集和交互的成本持续降低。在前端，主要是传感设备越来越丰富，并且价格持续下降，这让数据采集的成本明显下降了；在后端，物联网技术兴起后，传感器数据的交互成本也在不断下降。二是数据处理能力不断提高，主要是云计算的高速发展，进一步提高了数据存储和分析能力，以及数据处理分析的实时性。
此外，人机交互方式越来越丰富，这得益于增强现实、语音识别等技术不断成熟，为数字孪生带来了更多元化的交互方式，以前无法落地的场景，比如协同设计、远程维修等，现在都能更好落地了。
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数字孪生是数字化技术的过渡
从数字孪生基本概念可以看到，数字孪生其实是数字化技术的落地，但严格意义上看，数字孪生只是数字化技术的过渡形态，还有其它几种形态也值得关注。
首先是物理孪生，这个阶段用实体“孪生”实体，成本比较高，早在上世纪六七十年代，美国宇航局建造了很多太空飞行器，就像“孪生多胞胎”，在执行飞行任务期间，被用于飞行训练，可以看作是早期的应用。其次是复制孪生，这个阶段“孪生”转移到了数字虚拟层面，用历史数据和实时运行的数据，对实体进行全面映射，然后再将数据信息进行存储，能对外显示。
再次是数字孪生，这是目前业界正在进行的阶段，已经能根据物理实体，通过传感器等物理设备，运用实时数据并结合历史数据，实现动态仿真。关于这个阶段的具体应用，下文会陆续介绍。再次是决策孪生，这个阶段比数字孪生更高阶，需要对历史数据有非常深度的感知，能模拟未来可能发生的场景，通过深度学习和分析，总结出物理实体的运行规律，能够为决策者提供相关建议。
最后是智能孪生，相比于决策孪生来说，智能孪生更具有智慧，能为人类提供全新的观察视角，核心是依靠AI人工智能技术进行精准分析和设计，在这种情况下，能帮助我们由传统的人脑思维，向依靠AI技术进行决策的数据型思维转变。当然，目前距离实现智能孪生还有很远距离，中间还有决策孪生阶段，不过这也可视为数字化技术的最高阶目标。
就目前来看，数字孪生的应用场景主要有两大类，一是虚拟仿真，二是检测分析。先来看虚拟仿真，它通过计算机等设备，将现实世界中的物理实体，在数字空间中进行模拟映射，比如，城市、建筑、交通等，有了这些虚拟环境下的映射，更好地帮助人进行产业应用，尤其对于设计来说，这一应用能起到关键性作用。
再来看检测分析，和虚拟仿真不同，检测分析主要是对物理实体的运营状态，进行监测和评估，要想有良好的检测分析效果，在物理实体运行过程中，需要通过传感器采集大量的动态数据。
可以看到，未来伴随着数字孪生技术不断成熟，企业发展数字孪生的难点，将不再是单纯的数字孪生技术本身，而是如何将数字孪生技术与本行业相结合，真正将数字孪生技术应用在本行业中。
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数字孪生为行业创造价值
数字孪生早期在工业领域应用较多，现在随着技术不断成熟，智慧城市、智慧交通等不断发展，数字孪生能为各行业发展创造更多价值、提升更大效率。从目前来看，智慧城市、智慧能源(600869)、智慧医疗和智慧制造等领域运用数字孪生技术会越来越多。
在智慧制造领域，比如在设备管理和维护环节，因为工业场景中有很多昂贵设备，所以要求工厂要全面掌握工业设备的运行状态，这就需要用到数字孪生技术，能随时查看设备使用情况，根据实时情况优化决策，比如是否要进行设备检修等。
在智慧城市建设上，数字孪生在智慧城市建设全周期中，都能参与进来。比如在规划阶段，根据环境等历史数据，能对城市规划进行多方面评估；在建设阶段，能对项目建设进度进行监测；在城市管理上，能对城市基础设施和道路交通等进行实时数据监测，提高城市运维能力。
智慧物流也是数字孪生应用的一大行业，比如在货物管理上，以物流集装箱为例，如果在集装箱上面安装上传感设备，就能持续追踪货物在运输中的状态，这尤其对于高价值的货物来说，是查看实时状态比较好的方式。小到具体的货物，大到供应链，都能实现更精准的管理和监测。
以上只是数字孪生在几个行业应用的简要说明，后面出新会持续推出深度解析，观察数字孪生在不同行业的应用。
总结来看，未来几年，伴随着技术的更加成熟，数字孪生和产业的结合会越来越深，更多以数字孪生为底层技术的产业会越来越多。不过，任何事情都有两面性，技术的不断完善为数字孪生创造了全新的机遇，但与此同时，数字孪生也面临着管理、人才等各方面的挑战。
并且，还要认清一点，我国制造业、城市、物流等领域数字化程度仍然较低，此外，数字孪生背后更是人们思维上的转变，要真正转变成以数据驱动发展的思维。从这些方面看，数字孪生仍有一段路要走。
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延伸阅读
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参考资料：
1.数字孪生：虚拟与现实之间的星火.互联网江湖
2.数字孪生：万物智联时代的全新机遇.晨山资本
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