數(shù)字孿生很火，自己卻不以為然，因?yàn)橐环矫嬗X得數(shù)據(jù)工作者干的活跟數(shù)字孿生差不多，不就是業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)化和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)化嗎？二是別人來談數(shù)字孿生的時(shí)候，除了3D建模就講不出實(shí)質(zhì)性的東西了，自己就在想，這又能解決我的什么業(yè)務(wù)問題呢？

但我也知道一項(xiàng)新技術(shù)的出現(xiàn)總有其理由，因此就找了數(shù)字孿生的白皮書來學(xué)習(xí)，然后就有了以下的領(lǐng)悟。

注：關(guān)注“與數(shù)據(jù)同行”公眾號(hào)，回復(fù)“數(shù)字孿生“，獲得五個(gè)數(shù)字孿生白皮書PDF，限期下載

一、兩個(gè)典型案例

合作伙伴來跟我談數(shù)字孿生概念的時(shí)候，一直在提物理世界的鏡像、賽博空間啥的，如下圖所示，但并沒有舉出哪怕是一個(gè)有信服力的現(xiàn)實(shí)例子，面對(duì)職場(chǎng)老司機(jī)，概念化的東西說說就好，但要說服就得說清楚場(chǎng)景啊，因此在跟大家講數(shù)字孿生概念之前，我也得舉2個(gè)有說服力的例子。

1、智慧城市：“虛擬新加坡”[2]

“虛擬新加坡”是一個(gè)動(dòng)態(tài)的三維城市模型和協(xié)作數(shù)據(jù)平臺(tái)，包括新加坡的3D地圖，成為供政府/企業(yè)/私人/研究部門使用的權(quán)威3D數(shù)字平臺(tái)?！疤摂M新加坡”是一個(gè)包含語義及屬性的實(shí)景整合的3D虛擬空間，該項(xiàng)目覆蓋范圍718平方公里、500-660萬人口、16萬幢建筑物、5500公里街道。

“虛擬新加坡”是使來自不同領(lǐng)域的用戶能夠開發(fā)復(fù)雜的工具和應(yīng)用程序，用于概念測(cè)試、服務(wù)、規(guī)劃決策以及技術(shù)研究，以解決新加坡面臨的新興和復(fù)雜挑戰(zhàn)，這里舉兩個(gè)方面的應(yīng)用。

（1）改善公眾可訪問性

“虛擬新加坡”包括地形屬性，例如水體、植被和交通基礎(chǔ)設(shè)施，這與傳統(tǒng)的2D地圖不同，后者無法顯示地形、路緣石、樓梯或坡度。作為對(duì)自然景觀的準(zhǔn)確表示，“虛擬新加坡”可用于識(shí)別和顯示殘疾人和老年人的無障礙路線，他們可以輕松找到通往公交車站或地鐵站的最便捷路線，甚至是被遮蔽的道路，公眾也可以通過“虛擬新加坡”的可視化公園來計(jì)劃其騎行路線，如下圖所示。

（2）太陽能潛力分析

“虛擬新加坡”提供了建筑物高度、屋頂表面和日照量等數(shù)據(jù)，這使城市規(guī)劃者可以分析哪些建筑物具有較高的太陽能生產(chǎn)潛力，因此更適合安裝太陽能電池板。進(jìn)一步分析可使計(jì)劃人員估計(jì)一天可產(chǎn)生多少太陽能，以及節(jié)省的能源和成本。通過與相鄰建筑物歷史數(shù)據(jù)的交叉引用，來驗(yàn)證以上分析的正確性，并進(jìn)行季節(jié)性調(diào)整調(diào)整以反映出更準(zhǔn)確更精細(xì)的預(yù)測(cè)，如下圖所示。

2、智能制造：超臨界二氧化碳循環(huán)的數(shù)字孿生體[2]

超臨界二氧化碳循環(huán)是太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)中的重要技術(shù)。由于該系統(tǒng)在極高的壓力下運(yùn)行，系統(tǒng)的微小參數(shù)波動(dòng)都有可能造成不可預(yù)知的事故，這對(duì)控制系統(tǒng)提出了嚴(yán)苛要求。

為了應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，印度科技學(xué)院建立了該系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)控制過程的動(dòng)態(tài)仿真，他們開發(fā)了基于物理機(jī)理的數(shù)字孿生體。

該數(shù)字孿生體以一堆熱流體系統(tǒng)仿真軟件Flownex為核心，搭建了和實(shí)驗(yàn)管網(wǎng)系統(tǒng)完全相同的數(shù)字孿生體，F(xiàn)lownex具有強(qiáng)大的仿真能力：

（1）可計(jì)算氣體、液體、氣體混合物以及兩相流的流動(dòng)；

（2）模擬分析快速變化及慢速變化的動(dòng)態(tài)過程；

（3）能夠計(jì)算流體和固體間的熱交換，計(jì)算系統(tǒng)各元件的壓力變化和換熱情況。

（4）此外，還具有電氣模塊和控制模塊，可以在仿真系統(tǒng)中添加各種控制元件，能夠?qū)λ矐B(tài)控制過程進(jìn)行仿真。

利用Flownex內(nèi)嵌的部件模塊，如管道、閥門、汞、壓縮機(jī)、換熱器、PID控制器等，工程師快速建立了系統(tǒng)仿真軟件。

此外，物理實(shí)體的控制設(shè)備采用的是美國(guó)國(guó)家儀器公司（NI）的硬件設(shè)備。NI同時(shí)提供了LabVIEW軟件來采集這些設(shè)備的參數(shù)，并通過接口傳遞給Flownex軟件。在獲得現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)后，F(xiàn)lownex的動(dòng)態(tài)模擬就可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)仿真。

超臨界二氧化碳系統(tǒng)中，壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于常規(guī)的設(shè)備范圍，其控制系統(tǒng)的小幅度調(diào)整，都會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生很多影響。利用Flownex搭建的數(shù)字孿生體，研究人員能在數(shù)字孿生體中模擬各個(gè)控制操作引發(fā)的后果，確認(rèn)其滿足調(diào)試要求后再去操作物理系統(tǒng)，從而保證了該系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

通過這兩個(gè)典型案例，相信你對(duì)數(shù)字孿生會(huì)有個(gè)感性認(rèn)識(shí)，那么，數(shù)字孿生的本質(zhì)到底是什么呢？它跟我們平時(shí)接觸的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)業(yè)務(wù)有什么不一樣呢？

二、數(shù)字孿生的定義

數(shù)字孿生這個(gè)名詞特別容易望文生義，會(huì)以為數(shù)字孿生就是在數(shù)字空間建立個(gè)虛擬對(duì)象，比如案例一的“虛擬新加坡”，德勤就把數(shù)字孿生體定義為“某一個(gè)物理實(shí)體（或過程）的歷史和當(dāng)前行為的數(shù)字化描述”。

這個(gè)定義不能說錯(cuò)誤，但顯然把數(shù)字孿生的內(nèi)涵說小了，如果你按照德勤的定義去理解數(shù)字孿生，顯然案例二就超出了范疇，因?yàn)榘咐粌H包括了物理世界的數(shù)字化映射，還包括了仿真和控制。

百度是這樣定義數(shù)字孿生的，即“數(shù)字孿生是充分利用物理模型、傳感器更新、運(yùn)行歷史等數(shù)據(jù)，集成多學(xué)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(duì)應(yīng)的實(shí)體裝備的全生命周期過程?！?/p>

除了百度，現(xiàn)在關(guān)于數(shù)字孿生的定義還有很多，學(xué)術(shù)界的、企業(yè)界的、標(biāo)準(zhǔn)化組織的，這里我推薦下面這個(gè)定義[1]：“數(shù)字孿生是以數(shù)字化方式創(chuàng)建物理實(shí)體的虛擬實(shí)體，借助歷史數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以及算法模型等，模擬、驗(yàn)證、預(yù)測(cè)、控制物理實(shí)體全生命周期過程的技術(shù)手段?！?/p>

從這個(gè)定義可以抽象出四個(gè)數(shù)字孿生的核心特征：

1、數(shù)化

“數(shù)化”是對(duì)物理世界數(shù)字化的過程，這個(gè)過程需要將物理對(duì)象表達(dá)為計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)所能識(shí)別的數(shù)字模型。建模技術(shù)是數(shù)字化的核心技術(shù)之一，例如測(cè)繪掃描、幾何建模、網(wǎng)格建模、系統(tǒng)建模、流程建模、組織建模等技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)是“數(shù)化”的另一項(xiàng)核心技術(shù)，將物理世界本身的狀態(tài)變?yōu)榭梢员挥?jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)所能感知、識(shí)別和分析。

2、互動(dòng)

“互動(dòng)”主要是數(shù)字對(duì)象間及其與物理對(duì)象之間的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)互動(dòng)。物聯(lián)網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)虛實(shí)之間互動(dòng)的核心技術(shù)、數(shù)字世界的責(zé)任之一是預(yù)測(cè)和優(yōu)化，同時(shí)根據(jù)優(yōu)化結(jié)果干預(yù)物理世界，所以需要將指令傳遞到物理世界。物理世界的新狀態(tài)需要實(shí)時(shí)傳到到數(shù)字世界，作為數(shù)字世界的新初始值和新邊界條件。另外，這種互動(dòng)包括數(shù)字對(duì)象間的互動(dòng)，依靠數(shù)字線程來實(shí)現(xiàn)。

3、先知

“先知”是指利用仿真技術(shù)對(duì)物理世界的動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)。這需要數(shù)字對(duì)象不僅表達(dá)物理世界的幾何形狀，更需要在數(shù)字模型中融入物理規(guī)律和機(jī)理。仿真技術(shù)不僅建立物理對(duì)象的數(shù)字化模型，還要根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)，通過物理學(xué)規(guī)律和機(jī)理來計(jì)算、分析和預(yù)測(cè)物理對(duì)象的未來狀態(tài)。這種仿真不是對(duì)一個(gè)階段或一種現(xiàn)象的仿真，應(yīng)是全周期和全領(lǐng)域的動(dòng)態(tài)仿真。

4、先覺

如果說“先知”是依據(jù)物理對(duì)象的確定規(guī)律和完整機(jī)理來預(yù)測(cè)數(shù)字孿生體的未來，那“先覺”就是依據(jù)不完整的信息和不明確的機(jī)理通過工業(yè)大數(shù)據(jù)和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)來預(yù)感未來，如果要求數(shù)字孿生體越來越智能和智慧，就不應(yīng)局限于人類對(duì)物理世界的確定性知識(shí)，其實(shí)人類本身就不是完全依賴確定性知識(shí)而領(lǐng)悟世界的。

你會(huì)發(fā)現(xiàn)第一個(gè)案例只是完成了“數(shù)化”，但即使僅僅完成了這個(gè)功能，由于可視化的維度從傳統(tǒng)的二維升級(jí)到了三維，因此也能帶來獨(dú)特的價(jià)值，比如相對(duì)于二維能更形象的說明道路的坡度，我想這也是合作伙伴會(huì)拿著個(gè)3D建模產(chǎn)品來跟我來說這就是數(shù)字孿生的原因吧。

但顯然數(shù)字孿生的內(nèi)涵不僅僅包括“數(shù)化”，超臨界二氧化碳循環(huán)數(shù)字孿生體它要做的是虛擬的仿真，也就是“先知”，通過仿真的結(jié)果來指導(dǎo)對(duì)真實(shí)物理設(shè)備的操控，也就是“互動(dòng)”，這也許才是數(shù)字孿生的終極意義所在。

三、數(shù)字孿生與數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)業(yè)務(wù)的辯證關(guān)系

數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)業(yè)務(wù)是數(shù)據(jù)工作者的使命，我們所有做的工作概括起來就是“業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)化、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)化”，因此會(huì)很自然的將數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)業(yè)務(wù)跟數(shù)字孿生做個(gè)比較，比如我剛接觸這個(gè)概念的時(shí)候就比較排斥，因?yàn)檎J(rèn)為自己做的數(shù)據(jù)工作內(nèi)涵遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于數(shù)字孿生，什么物理世界映射到數(shù)字世界，這不就是早期信息化干的事情嗎？

但事實(shí)上，我的理解還是囿于自己所在的行業(yè)背景，或者是傳統(tǒng)的信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)，特別是受互聯(lián)網(wǎng)的影響太大了。其實(shí)在其他行業(yè)，特別是工業(yè)制造領(lǐng)域，也很早提出了類似的概念，現(xiàn)在只是殊途同歸而已。

當(dāng)然大家要解決的業(yè)務(wù)問題和采用的技術(shù)手段還是有很大的差異的，但隨著萬物互聯(lián)時(shí)代的到來，最終這些邊界會(huì)被逐步打破，各個(gè)大廠進(jìn)軍產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)就是明證，現(xiàn)在智能制造、智慧城市等概念喊得最歡的可都是這些信息技術(shù)公司。

但我還是要對(duì)工業(yè)制造領(lǐng)域的“數(shù)字孿生”和信息技術(shù)領(lǐng)域的“數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)業(yè)務(wù)”的做個(gè)比較，方便你更深刻的理解數(shù)字孿生這個(gè)概念。

1、面向?qū)ο蟛煌?/strong>

信息技術(shù)領(lǐng)域研究的對(duì)象是以人為核心的，業(yè)務(wù)目標(biāo)就是服務(wù)好用戶，而工業(yè)制造領(lǐng)域研究的對(duì)象大多時(shí)候是物體，業(yè)務(wù)目標(biāo)是讓機(jī)器跑得健康，對(duì)象的不同導(dǎo)致了兩者在實(shí)現(xiàn)方式上有極大的差異。

2、數(shù)化能力不同

數(shù)字孿生面向的對(duì)象是客觀的物體，其物理性質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定，維度有限，虛體和實(shí)體無論在幾何結(jié)構(gòu)上、狀態(tài)上、相態(tài)上和時(shí)態(tài)上都可以做到非常逼真，而對(duì)人的“數(shù)化”水平就差遠(yuǎn)了，維度多到無法窮舉，比如對(duì)于某臺(tái)機(jī)器知道幾個(gè)參數(shù)大致能判定它能否正常運(yùn)行，而對(duì)某個(gè)人完全不行，因?yàn)橛绊懰袆?dòng)的因素太多了。

我們?nèi)祟愌芯苛颂祗w規(guī)律幾百年，但最后發(fā)現(xiàn)最不了的還是自己，數(shù)字孿生有很多的標(biāo)準(zhǔn)“數(shù)化”技術(shù)，比如測(cè)繪掃描、幾何建模等等，但現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)“數(shù)化”人的技術(shù)就是打個(gè)標(biāo)簽，而制定標(biāo)簽沒有客觀標(biāo)準(zhǔn)。

3、仿真能力不同

物理學(xué)為研究物體的運(yùn)行規(guī)律奠定了基礎(chǔ)，你看超臨界二氧化碳循環(huán)數(shù)字孿生體要做仿真，其是有理論基礎(chǔ)背書的，即流體力學(xué)，熱交換理論等等，物體的物理規(guī)律和機(jī)理確保了仿真的可靠性和正確性，神舟十二號(hào)任務(wù)的模擬仿真背后是牛頓三大定律，空氣動(dòng)力學(xué)等的加持，人的行為好像也能進(jìn)行部分仿真，但由于沒有因果關(guān)系的背書，只能在群體行為上做些預(yù)測(cè)，到個(gè)體就完全不行了。

因此，雖然兩者都可以說成是數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)業(yè)務(wù)，但架構(gòu)和實(shí)現(xiàn)方式還是有很大的差異的，這種差別類似于小型機(jī)的數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)和大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的區(qū)別。

四、數(shù)字孿生的參考架構(gòu)

一個(gè)典型的數(shù)字孿生系統(tǒng)[2]包括用戶域、數(shù)字孿生體、測(cè)量與控制實(shí)體、現(xiàn)實(shí)物理域和跨域功能實(shí)體共四個(gè)層次，如下圖所示。

第一層是使用數(shù)字孿生體的用戶域，包括人、人機(jī)接口、應(yīng)用軟件、以及其他相關(guān)數(shù)字孿生體。

第二層是與物理實(shí)體目標(biāo)對(duì)象對(duì)應(yīng)的數(shù)字孿生體。它是反映物理對(duì)象某一視角特征的數(shù)字模型，并提供建模管理、仿真服務(wù)和孿生共智三類功能。

建模管理涉及物理對(duì)象的數(shù)字建模與展示、與物理對(duì)象模型同步和運(yùn)行管理。仿真服務(wù)包括模型仿真、分析服務(wù)、報(bào)告生成和平臺(tái)支持。孿生共智涉及共智孿生體等資源的接口、互操作、在線插拔和安全訪問。

建模管理、仿真服務(wù)和孿生共智之間傳遞實(shí)現(xiàn)物理對(duì)象的狀態(tài)感知、診斷和預(yù)測(cè)所需的信息。

第三層是處于測(cè)量控制域、聯(lián)接數(shù)字孿生體和物理實(shí)體的測(cè)量與控制實(shí)體，實(shí)現(xiàn)物理對(duì)象的狀態(tài)感知和控制功能。

第四層是與數(shù)據(jù)孿生體對(duì)應(yīng)的物理實(shí)體目標(biāo)對(duì)象所處的現(xiàn)實(shí)物理域，測(cè)量與控制實(shí)體和現(xiàn)實(shí)物理域之間有測(cè)量數(shù)據(jù)流和控制信息流的傳遞。

五、數(shù)字孿生關(guān)鍵技術(shù)[2]

建模、仿真、基于數(shù)據(jù)融合的數(shù)字線程及MBSE（基于模型的系統(tǒng)工程）是數(shù)字孿生體的核心技術(shù)，這些成為數(shù)字孿生體的頂層框架技術(shù)；物聯(lián)網(wǎng)是數(shù)字孿生體的底層伴生技術(shù)；而云計(jì)算、機(jī)器學(xué)習(xí)、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈則是數(shù)字孿生體的外圍使能技術(shù)，這里介紹建模、仿真、數(shù)字線程和MBSE。

1、建模

建模的目的是將我們對(duì)物理世界或問題的理解進(jìn)行簡(jiǎn)化和模型化。而數(shù)字孿生體的目的或本質(zhì)是通過數(shù)字化和模型化，用信息換能量，以更少的能量消除各種物理實(shí)體、特別是復(fù)雜系統(tǒng)的不確定性。所以建立物理實(shí)體的數(shù)字化模型或信息建模技術(shù)是創(chuàng)建數(shù)字孿生體、實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生的源頭和核心技術(shù)。

下圖是工業(yè)化視角下，在系統(tǒng)生存周期和系統(tǒng)層次兩個(gè)維度展開得到的PLM建模技術(shù)體系，相關(guān)技術(shù)術(shù)語大家自行百度。

下圖是城市化視角下的建模技術(shù)體系，其中圖(a)是英國(guó)數(shù)字建筑戰(zhàn)略給出的從基于文檔到基于模型的建筑信息建模成熟度進(jìn)化等級(jí)，圖(b)展示了瑞典等北歐國(guó)家開展的基于PLCS標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)地理、建筑、城市等信息建模技術(shù)之間協(xié)同的驗(yàn)證工作。

這讓我想起信息技術(shù)領(lǐng)域的建模，其建模往往不是針對(duì)物體本身，而是要簡(jiǎn)化以人為核心的各種復(fù)雜社會(huì)活動(dòng)關(guān)系，因此關(guān)系模型成為了主要的建模技術(shù)。

2、仿真

從技術(shù)角度看，建模和仿真是一對(duì)伴生體，如果說建模是模型化我們對(duì)物理世界或問題的理解，那么仿真就是驗(yàn)證和確認(rèn)這種理解的正確性和有效性。所以，數(shù)字化模型的仿真技術(shù)是創(chuàng)建和運(yùn)行數(shù)字孿生體、保證數(shù)字孿生體與對(duì)應(yīng)物理世界實(shí)現(xiàn)有效閉環(huán)的核心技術(shù)。

仿真是將包括了確定性規(guī)律和完整機(jī)理的模型轉(zhuǎn)化成軟件的方式來模擬物理世界的一種技術(shù)。只要模型正確，并擁有了完整的輸入信息和環(huán)境數(shù)據(jù)，就可以基本正確地反映物理世界的特性和參數(shù)。

仿真要達(dá)到的目標(biāo)跟機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能的預(yù)測(cè)有點(diǎn)相似，但仿真依賴的是物理規(guī)律和機(jī)理，強(qiáng)調(diào)的是因果關(guān)系，輸出是確定性的，而機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能依賴的是相關(guān)關(guān)系，輸出的不確定性就比較高。當(dāng)然現(xiàn)在數(shù)字孿生也在引入機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能技術(shù)來加強(qiáng)預(yù)測(cè)未來的能力。

3、數(shù)字線程

數(shù)字線程是指可擴(kuò)展、可配置和組件化的企業(yè)級(jí)分析同行框架?；谠摽蚣芸梢詷?gòu)建覆蓋系統(tǒng)生命周期與價(jià)值鏈全部環(huán)節(jié)的跨層次、跨尺度、多視圖模型的集成視圖，進(jìn)而以統(tǒng)一模型驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)生存期活動(dòng)，為決策者提供支持，如下案例所示。

這個(gè)定義比較抽象，我這里舉個(gè)例子大家就明白了，其實(shí)就是制造領(lǐng)域產(chǎn)品的在線迭代閉環(huán)流程。

目前制造企業(yè)部門之間交接產(chǎn)品信息的方法猶如“鐵路警察各管一段”，如下所示，相互之間是完全割裂的：

①產(chǎn)品設(shè)計(jì)師根據(jù)概念設(shè)計(jì)和產(chǎn)品定義創(chuàng)建一個(gè)3D 模型, 進(jìn)行各種分析計(jì)算，選擇材料，確定技術(shù)要求和尺寸，然后把它扔給制造工藝師;

②制造工程師根據(jù)3D 模型生成2D 圖紙，標(biāo)注公差，估算材料定額，下達(dá)車間或發(fā)給外協(xié)供應(yīng)商，作為加工、裝配和質(zhì)量控制的依據(jù);

③交付給最終用戶的是物理產(chǎn)品和使用說明書，并沒有附帶任何可追溯的數(shù)據(jù)，從而給維護(hù)保養(yǎng)帶來一定的困難;

④使用過程發(fā)現(xiàn)的問題也不能及時(shí)反饋給產(chǎn)品設(shè)計(jì)部門，加以改進(jìn)，因此整個(gè)過程是開環(huán)的。

未來工廠是借助不斷建模和仿真優(yōu)化運(yùn)作的，其流程如下圖所示。

場(chǎng)景是從概念設(shè)計(jì)開始，工廠運(yùn)行每一步的所有信息和數(shù)據(jù)都輸入模型，進(jìn)行優(yōu)化，預(yù)測(cè)和指導(dǎo)下一步，然后對(duì)實(shí)施的結(jié)果進(jìn)行分析，是否達(dá)到預(yù)期，并將出現(xiàn)的問題反饋，構(gòu)成閉環(huán)，修改模型，直到偏離數(shù)值處于允差范圍之內(nèi)。

這樣從CAD/CAE開始、一步步走過產(chǎn)品全生命周期的各個(gè)階段、直到報(bào)廢為止。這個(gè)數(shù)字化的過程稱為數(shù)字線程Digital Tread。

“線”是指以3D模型從概念設(shè)計(jì)到產(chǎn)品的運(yùn)行和服務(wù)貫穿產(chǎn)品生命周期各個(gè)階段，“程”意味不斷前進(jìn)，在前進(jìn)中豐富模型的數(shù)字內(nèi)涵。在整個(gè)過程中，設(shè)計(jì)部門的職責(zé)不僅限于傳統(tǒng)的、提供圖紙的任務(wù)，而是承擔(dān)產(chǎn)品全生命周期的最初數(shù)字模型的構(gòu)建和維護(hù)，孕育了產(chǎn)品數(shù)字模型的生命。

數(shù)字線程必須在全生命周期中使用某種“共同語言”，才能交互。例如，在概念設(shè)計(jì)階段，就有必要由產(chǎn)品工程師與制造工程師共同創(chuàng)建能夠共享的動(dòng)態(tài)數(shù)字模型(如包含工藝信息的3DCAD模型)。據(jù)此模型生成加工制造和質(zhì)量檢驗(yàn)等生產(chǎn)過程所需可視化工藝、數(shù)控程序、驗(yàn)收規(guī)范等，不斷優(yōu)化產(chǎn)品和過程，并保持實(shí)時(shí)同步更新。這些都是在計(jì)算機(jī)上和云端運(yùn)行的，是虛擬制造世界，軟件定義一切，是基于模型的企業(yè)。

4、MBSE

基于模型的系統(tǒng)工程（MBSE）是一種形式化的建模方法論，是為了應(yīng)對(duì)基于文檔的傳統(tǒng)系統(tǒng)工程工作模式在復(fù)雜產(chǎn)品和系統(tǒng)研發(fā)時(shí)所面臨的挑戰(zhàn)，以邏輯連貫一致的多視角通用系統(tǒng)模型為橋梁和框架，實(shí)現(xiàn)跨領(lǐng)域模型的可追蹤、可驗(yàn)證和全生命期內(nèi)的動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)貫穿于從概念方案、工程研制、使用維護(hù)到報(bào)廢更新的人工系統(tǒng)全生命周期內(nèi)的系統(tǒng)工程過程和活動(dòng)。

這個(gè)定義又是比較抽象，我這里再舉個(gè)案例就明白了。

MBSE是相對(duì)于傳統(tǒng)基于文檔的系統(tǒng)設(shè)計(jì)而言的，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式中，系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)階段多數(shù)通過撰寫方案設(shè)計(jì)文檔來對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行定義，如下圖所示：

MBSE=用數(shù)字化建模代替寫文檔進(jìn)行系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)，把設(shè)計(jì)文檔中描述系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能、性能、規(guī)格需求的名詞、動(dòng)詞、形容詞、參數(shù)全部轉(zhuǎn)化為數(shù)字化模型表達(dá)，如下圖所示：

下面的例子可以幫助直觀理解如何將文檔轉(zhuǎn)換到數(shù)字化模型：

基于文本的設(shè)計(jì)：“系統(tǒng)的啟動(dòng)過程為：首先啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，然后依次檢查控制系統(tǒng)、生命保障系統(tǒng)、通信系統(tǒng)狀態(tài)、如一切正常，則進(jìn)入工作狀態(tài)，如發(fā)現(xiàn)異常，則由操作人員進(jìn)行故障排查”，MBSE的數(shù)字化模型表達(dá)為：

基于文本的設(shè)計(jì)：“需求A：系統(tǒng)總重量不能超過100kg。” MBSE的數(shù)字化模型表達(dá)為：

以上不就是我們數(shù)據(jù)開發(fā)管理平臺(tái)做的東西嘛，結(jié)構(gòu)化和標(biāo)準(zhǔn)化組件，然后有個(gè)解釋引擎進(jìn)行翻譯，從而提升規(guī)范性和開發(fā)效率，只是在制造業(yè)換了個(gè)名字而已。

寫完這篇文章，我有個(gè)感覺，就是隨著數(shù)字化的到來，各個(gè)行業(yè)的技術(shù)壁壘會(huì)被數(shù)字孿生打破，因?yàn)榇蠹曳治龅膶?duì)象都是bit，而對(duì)于bit的操作，信息技術(shù)領(lǐng)域還是有原生技術(shù)優(yōu)勢(shì)的，這也是我在數(shù)字孿生里看到很多似曾相識(shí)的東西的原因。

但是我們也看到了，在諸如工業(yè)制造領(lǐng)域要有所作為，無論是3D數(shù)字化建模、基于物理世界的規(guī)律和機(jī)理來仿真，與物理世界進(jìn)行互動(dòng)及控制，對(duì)信息技術(shù)行業(yè)的人來說都是非常陌生的，也是極具挑戰(zhàn)的。

當(dāng)然，如果要拿著工業(yè)界的數(shù)字孿生來改造信息技術(shù)行業(yè)，我覺得也有點(diǎn)麻煩，因?yàn)槲覀兏嘌芯康氖侨?，這樣就很難找到相應(yīng)的場(chǎng)景了。