導(dǎo)讀：數(shù)字孿生（Digital Twin）已經(jīng)走過了幾十年的發(fā)展歷程，只不過以前沒有這樣命名，而是發(fā)展到了一定階段，人們意識(shí)到應(yīng)該給這種綜合化的技術(shù)起一個(gè)更確切的名字。

本文論述的數(shù)字孿生有兩層意思，一是指物理實(shí)體與其數(shù)字虛體之間的精確映射的孿生關(guān)系；二是將具有孿生關(guān)系的物理實(shí)體、數(shù)字虛體分別稱作物理孿生體、數(shù)字孿生體。默認(rèn)情況下，數(shù)字孿生亦指數(shù)字孿生體。

作者：趙敏 寧振波

來源：華章科技

01 實(shí)踐先行 概念后成

數(shù)字孿生是客觀世界中的物化事物及其發(fā)展規(guī)律被軟件定義后的一種結(jié)果。豐富的工業(yè)軟件內(nèi)涵以及強(qiáng)大的軟件定義效果，讓數(shù)字孿生的研究在國(guó)內(nèi)外呈現(xiàn)出百花齊放的態(tài)勢(shì)。作者認(rèn)為數(shù)字孿生與計(jì)算機(jī)輔助（CAX）軟件（尤其是廣義仿真軟件）以及數(shù)據(jù)采集/分析的發(fā)展關(guān)系十分密切。

在工業(yè)界，人們用軟件來模仿和增強(qiáng)人的行為方式，例如，計(jì)算機(jī)繪圖軟件最早模仿的是人在紙面上作畫的行為。人機(jī)交互技術(shù)發(fā)展成熟后，以下模仿行為開始出現(xiàn)：

• 用CAD軟件模仿產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)與外觀
• CAE軟件模仿產(chǎn)品在各種物理場(chǎng)情況下的力學(xué)性能
• CAM軟件模仿零部件和夾具在加工過程中的刀軌情況
• CApp軟件模仿工藝過程
• CAT軟件模仿產(chǎn)品的測(cè)量/測(cè)試過程
• OA軟件模仿行政事務(wù)的管理過程
• MES軟件模仿車間生產(chǎn)的管理過程
• SCM軟件模仿企業(yè)的供應(yīng)鏈管理
• CRM軟件模仿企業(yè)的銷售管理過程
• MRO軟件模仿產(chǎn)品的維修過程管理，等等

依靠軟件中的某些特定算法，人們已經(jīng)開發(fā)出了某些具有一定智能水平的工業(yè)軟件，如具有關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)效果的產(chǎn)品設(shè)計(jì)系統(tǒng)。

在文學(xué)與娛樂界，人們用軟件來模仿和增強(qiáng)人的體驗(yàn)方式，例如：

• 用電子書來模仿紙質(zhì)書
• 用電子音樂來模仿現(xiàn)場(chǎng)音樂
• 用電子琴軟件來彈琴
• 用評(píng)書軟件來說書
• 用卡通軟件來模仿漫畫
• 用動(dòng)漫軟件來模仿動(dòng)畫影片
• 用游戲軟件來模仿各種真實(shí)游戲
• 用百年歷軟件來快速查找某個(gè)特殊日期或“吉時(shí)”等

人們不僅可以模仿已知的、有經(jīng)驗(yàn)的各種事物，還可以創(chuàng)造性地模仿各種未知的、從未體驗(yàn)過的事物，例如影視界可以用軟件創(chuàng)造出諸如龍、鳳、麒麟、阿凡達(dá)、白雪公主、七個(gè)小矮人等故事中的形象，當(dāng)然也可以創(chuàng)造出更多的聞所未聞、見所未見的各種形象。

特別是當(dāng)這種模仿與VR/AR技術(shù)結(jié)合在一起的時(shí)候，所有的場(chǎng)景都栩栩如生，直入心境。于是，在由數(shù)字虛體構(gòu)成的虛擬世界中，所有的不可能都變成有可能，所有的在物理世界無法體驗(yàn)和重復(fù)的奇妙、驚險(xiǎn)和刺激場(chǎng)景，都可以在數(shù)字空間得以實(shí)現(xiàn)，最大限度地滿足了人的感官體驗(yàn)和精神需求。

事實(shí)上，十幾年前在汽車、飛機(jī)等復(fù)雜產(chǎn)品工程領(lǐng)域出現(xiàn)的“數(shù)字樣機(jī)”的概念，就是對(duì)數(shù)字孿生的一種先行實(shí)踐活動(dòng)，一種技術(shù)上的孕育和前奏。

數(shù)字樣機(jī)最初是指在CAD系統(tǒng)中通過三維實(shí)體造型和數(shù)字化預(yù)裝配后，得到一個(gè)可視化的產(chǎn)品數(shù)字模型（幾何樣機(jī)），可以用于協(xié)調(diào)零件之間的關(guān)系，進(jìn)行可制造性檢查，因此可以基本上代替物理樣機(jī)的協(xié)調(diào)功能。

但隨著數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字樣機(jī)的作用也在不斷增強(qiáng)，人們?cè)陬A(yù)裝配模型上進(jìn)行運(yùn)動(dòng)、人機(jī)交互、空間漫游、機(jī)械操縱等飛機(jī)功能的模擬仿真。之后又進(jìn)一步與機(jī)器的各種性能分析計(jì)算技術(shù)結(jié)合起來，使之能夠模擬仿真出機(jī)器的各種性能。因此將數(shù)字樣機(jī)按其作用從幾何樣機(jī)，擴(kuò)展到功能樣機(jī)和性能樣機(jī)。

以復(fù)雜產(chǎn)品研制而著稱的飛機(jī)行業(yè)，在數(shù)字樣機(jī)的應(yīng)用上走在了全國(guó)前列。某些型號(hào)飛機(jī)研制工作在20世紀(jì)末就已經(jīng)圍繞著數(shù)字樣機(jī)展開。數(shù)字樣機(jī)將承載幾乎完整的產(chǎn)品信息。

因此，人們可以通過數(shù)字樣機(jī)進(jìn)行飛機(jī)方案的選擇，利用數(shù)字樣機(jī)進(jìn)行可制造的各種仿真，在數(shù)字樣機(jī)上檢查未來飛機(jī)的各種功能和性能，發(fā)現(xiàn)需要改進(jìn)的地方，最終創(chuàng)建出符合要求的“數(shù)字飛機(jī)”，并將其交給工廠進(jìn)行生產(chǎn)，制造成真正的物理飛機(jī)，完成整個(gè)研制過程。

無論是幾何樣機(jī)、功能樣機(jī)和性能樣機(jī)，都屬于數(shù)字孿生的范疇。數(shù)字孿生的術(shù)語(yǔ)雖然是最近幾年才出現(xiàn)的，但是數(shù)字孿生技術(shù)內(nèi)涵的探索與實(shí)踐，早已經(jīng)在十多年前就開始并且取得了相當(dāng)多的成果。

例如中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)第一飛機(jī)研究院（簡(jiǎn)稱“一飛院”）在21世紀(jì)初開發(fā)的飛豹全數(shù)字樣機(jī)與已經(jīng)服役的飛機(jī)形成了簡(jiǎn)明意義上的“數(shù)字孿生”（盡管當(dāng)時(shí)沒有這個(gè)術(shù)語(yǔ)）關(guān)系，如圖5-1所示。

▲圖5-1 飛豹全數(shù)字樣機(jī)與服役飛機(jī)

發(fā)展到現(xiàn)在，人們發(fā)現(xiàn)在數(shù)字世界里做了這么多年的數(shù)字設(shè)計(jì)、仿真、工藝、生產(chǎn)等結(jié)果，越來越虛實(shí)對(duì)應(yīng)，越來越虛實(shí)融合，越來越廣泛應(yīng)用，數(shù)字虛體越來越賦能于物理實(shí)體系統(tǒng)。

近些年，當(dāng)人們提出了希望物理空間中的實(shí)體事物與數(shù)字空間中的虛擬事物之間具有可以聯(lián)接數(shù)據(jù)通道、相互傳輸數(shù)據(jù)和指令的交互關(guān)系之后，數(shù)字孿生概念基本成形，并且作為智能制造中一種基于IT視角的新型應(yīng)用技術(shù)，逐漸走進(jìn)人們的視野。

事實(shí)上，現(xiàn)有的工業(yè)軟件研發(fā)與生產(chǎn)數(shù)據(jù)以及沉積在工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的大量的工業(yè)技術(shù)和知識(shí)，都是實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生的上好“原料”和基礎(chǔ)構(gòu)件，數(shù)字孿生在工業(yè)現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中已經(jīng)具有了實(shí)現(xiàn)和推廣應(yīng)用的巨大潛力。

02 內(nèi)涵解讀 見仁見智

根據(jù)目前看到的資料，數(shù)字孿生術(shù)語(yǔ)由邁克爾·格里夫（Michael Grieves）教授在美國(guó)密歇根大學(xué)任教時(shí)首先提出。

2002年12月3日他在該校“PLM開發(fā)聯(lián)盟”成立時(shí)的講稿中首次圖示了數(shù)字孿生的概念內(nèi)涵，2003年他在講授PLM課程時(shí)使用了“Digital Twin（數(shù)字孿生）”，在2014年他撰寫的“數(shù)字孿生：通過虛擬工廠復(fù)制實(shí)現(xiàn)卓越制造（Digital Twin:Manufacturing Excellence through Virtual Factory Replication）”文章中進(jìn)行了較為詳細(xì)的闡述，奠定了數(shù)字孿生的基本內(nèi)涵。

在航太領(lǐng)域和工業(yè)界，較早開始使用數(shù)字孿生術(shù)語(yǔ)。2009年美國(guó)空軍實(shí)驗(yàn)室提出了“機(jī)身數(shù)字孿生（Airframe Digital Twin）”的概念。2010年NASA也開始在技術(shù)路線圖中使用“數(shù)字孿生（Digital Twin）”術(shù)語(yǔ)。

大約從2014年開始，西門子、達(dá)索、PTC、ESI、ANSYS等知名工業(yè)軟件公司，都在市場(chǎng)宣傳中使用“Digital Twin”術(shù)語(yǔ)，并陸續(xù)在技術(shù)構(gòu)建、概念內(nèi)涵上做了很多深入研究和拓展。

數(shù)字孿生尚無業(yè)界公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)定義，概念還在發(fā)展與演變中。下面舉例幾個(gè)國(guó)內(nèi)外企業(yè)或組織做的數(shù)字孿生定義，供讀者參考。

• 美國(guó)國(guó)防采辦大學(xué)認(rèn)為：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、多尺度的仿真過程，在虛擬空間中完成對(duì)物理實(shí)體的映射，從而反映物理實(shí)體的全生命周期過程。

• ANSYS公司認(rèn)為：數(shù)字孿生是在數(shù)字世界建立一個(gè)與真實(shí)世界系統(tǒng)的運(yùn)行性能完全一致，且可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)仿真的仿真模型。利用安裝在真實(shí)系統(tǒng)上的傳感器數(shù)據(jù)作為該仿真模型的邊界條件，實(shí)現(xiàn)真實(shí)世界的系統(tǒng)與數(shù)字世界的系統(tǒng)同步運(yùn)行。

• 中國(guó)航空工業(yè)發(fā)展研究中心劉亞威認(rèn)為：從本質(zhì)上來看，數(shù)字孿生是一個(gè)對(duì)物理實(shí)體或流程的數(shù)字化鏡像。創(chuàng)建數(shù)字孿生的過程，集成了人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)和傳感器數(shù)據(jù)，以建立一個(gè)可以實(shí)時(shí)更新的、現(xiàn)場(chǎng)感極強(qiáng)的“真實(shí)”模型，用來支撐物理產(chǎn)品生命周期各項(xiàng)活動(dòng)的決策。

• 上海優(yōu)也信息科技有限公司首席技術(shù)官林詩(shī)萬(wàn)博士對(duì)數(shù)字孿生的理解是，數(shù)字孿生體可有多種基于數(shù)字模型的表現(xiàn)形式，在圖形上，有幾何、高保真、高分辨率渲染、抽象簡(jiǎn)圖等；在狀態(tài)和行為上，有設(shè)備運(yùn)行、受力、磨損、報(bào)警、宕機(jī)、事故等；在質(zhì)地上，有材質(zhì)、表面特性、微觀材料結(jié)構(gòu)等。如圖5-2所示。

▲圖5-2 數(shù)字孿生示意圖（來自優(yōu)也公司）

• 北京航空航天大學(xué)張霖教授認(rèn)為，“數(shù)字孿生是物理對(duì)象的數(shù)字模型，該模型可以通過接收來自物理對(duì)象的數(shù)據(jù)而實(shí)時(shí)演化，從而與物理對(duì)象在全生命周期保持一致。”

• 作者經(jīng)過多年研究，也給出了自己的理解和定義：數(shù)字孿生是在“數(shù)字化一切可以數(shù)字化的事物”大背景下，通過軟件定義和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，在數(shù)字虛體空間中創(chuàng)建的虛擬事物，與物理實(shí)體空間中的現(xiàn)實(shí)事物形成了在形、態(tài)、質(zhì)地、行為和發(fā)展規(guī)律上都極為相似的虛實(shí)精確映射關(guān)系，讓物理孿生體與數(shù)字孿生體具有了多元化映射關(guān)系，具備了不同的保真度（逼真、抽象等）。

數(shù)字孿生不但持續(xù)發(fā)生在物理孿生體全生命周期中，而且數(shù)字孿生體會(huì)超越物理孿生體生命周期，在數(shù)字空間持久存續(xù)。充分利用數(shù)字孿生可在智能制造中孕育出大量新技術(shù)和新模式。

03 數(shù)字孿生 非雙非胎

“Digital Twin”在翻譯和理解上頗有不同，歧義性發(fā)生在數(shù)字孿生應(yīng)用場(chǎng)景中人們對(duì)“Twin”的理解上。“Twin”作為名稱在英漢詞典中有幾種翻譯結(jié)果：“孿生子之一，雙胞胎之一；兩個(gè)相像的人或物之一；成對(duì)、成雙的東西；孿晶；雙人床”。

如果僅看直譯結(jié)果，雙胞胎是準(zhǔn)確翻譯，但是如果仔細(xì)分析該術(shù)語(yǔ)的應(yīng)用場(chǎng)景，上述翻譯結(jié)果都不貼切，只有“孿生子之一”還算接近“Digital Twin”所描述的應(yīng)用場(chǎng)景中的概念。而作者恰恰要強(qiáng)調(diào)的是“Digital Twin”術(shù)語(yǔ)的應(yīng)用場(chǎng)景。

1. 只有“相像”而無“相等”

在相像程度上，從“生物場(chǎng)景/物理場(chǎng)景”的“Twin”，引申到“數(shù)字化場(chǎng)景”的“Digital Twin”，其本意是強(qiáng)調(diào)在數(shù)字空間構(gòu)建的數(shù)字虛體與物理空間的物理實(shí)體非常相像。

但是，相像歸相像，無論彼此多么像，二者也不是“是”“等于”或“相等”的關(guān)系，因?yàn)楸痉峭椿蛲?，一個(gè)數(shù)字虛體無論多么像一個(gè)物理實(shí)體，它也不是物理實(shí)體——這個(gè)客觀事實(shí)必須界定清楚。

“Digital Twin”描述的“相像”，通常都僅僅是指數(shù)字虛體和物理實(shí)體在外觀和宏觀結(jié)構(gòu)上的“相像”，而從形、態(tài)、質(zhì)地、行為和發(fā)展規(guī)律等多方面的評(píng)價(jià)指標(biāo)來看，其實(shí)差異極大，本質(zhì)本源不同。

“數(shù)字雙胞胎”一詞，較容易引導(dǎo)人們把二者完全等同起來，把“貌似一模一樣”誤認(rèn)為“就是一模一樣”甚至“相等”，從而形成認(rèn)知錯(cuò)覺。

2. 數(shù)字孿生關(guān)系并不止于“雙”

即使從“相像”來看，在所指上也并非限于“雙”，因?yàn)?ldquo;雙”字會(huì)把更多的潛在應(yīng)用場(chǎng)景限制住——彼此相像的虛實(shí)映射事物未必只有貌似常見的“一對(duì)一”關(guān)系，其實(shí)還有以下虛實(shí)映射對(duì)應(yīng)關(guān)系：

• “一對(duì)多”——一個(gè)物理實(shí)體對(duì)應(yīng)多個(gè)數(shù)字虛體（一臺(tái)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)可有D /N/S等不同的駕駛擋位，啟動(dòng)/高速/低速/磨合/磨損等不同的工作狀態(tài)，對(duì)此，在車載軟件中用不同的參數(shù)和軟件模型來描述和調(diào)控）；
• “多對(duì)一”——多個(gè)物理實(shí)體對(duì)應(yīng)一個(gè)數(shù)字虛體（例如同型號(hào)不同尺寸的螺栓或鉚釘對(duì)應(yīng)同一個(gè)三維CAD模型）；
• “多對(duì)多”——更為一般化的設(shè)備工作場(chǎng)景（例如設(shè)計(jì)階段因數(shù)字化“構(gòu)型/配置”不同而產(chǎn)生了系列化物理設(shè)備及其數(shù)字孿生體，這些設(shè)備及其數(shù)字孿生體又置身于多種實(shí)物工作場(chǎng)景和數(shù)字場(chǎng)景）。

3. 需要考慮的特殊對(duì)應(yīng)模式

在一些特殊場(chǎng)景中，數(shù)字孿生還存在“一對(duì)少”“少對(duì)一”“一對(duì)零”“零對(duì)一”的特殊對(duì)應(yīng)模式：

• “一對(duì)少”——一個(gè)物理實(shí)體對(duì)應(yīng)一個(gè)高度抽象的數(shù)字虛體（例如一輛高鐵在調(diào)度上對(duì)應(yīng)一個(gè)高度簡(jiǎn)化的數(shù)字化線框模型）；
• “少對(duì)一”——以一部分物理實(shí)體對(duì)應(yīng)一個(gè)完整數(shù)字虛體（例如一個(gè)齒輪副對(duì)應(yīng)一個(gè)減速箱的“三維CAD模型+力學(xué)載荷模型”）；
• “一對(duì)零”——因?yàn)椴恢湟?guī)律、缺乏機(jī)理模型導(dǎo)致某些已知物理實(shí)體沒有對(duì)應(yīng)的數(shù)字虛體（例如暗物質(zhì)、氣候變化規(guī)律等）；
• “零對(duì)一”——人類憑想象和創(chuàng)意在數(shù)字空間創(chuàng)造的“數(shù)字虛體”，現(xiàn)實(shí)中沒有與其對(duì)應(yīng)的“物理實(shí)體”（例如數(shù)字創(chuàng)意中的各種形象）。

一架戰(zhàn)斗機(jī)由數(shù)萬(wàn)個(gè)結(jié)構(gòu)件、幾十萬(wàn)個(gè)標(biāo)準(zhǔn)件、大量的電子元器件和機(jī)載設(shè)備構(gòu)成。

在從飛機(jī)的方案設(shè)計(jì)，到初步設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、試制、試驗(yàn)，再到批生產(chǎn)、交付、運(yùn)行、維護(hù)、維修，最后再到報(bào)廢的全生命周期中，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)字模型會(huì)對(duì)應(yīng)成千上萬(wàn)個(gè)實(shí)物零件，一個(gè)實(shí)物零件也會(huì)對(duì)應(yīng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型、多個(gè)仿真模型、工藝模型、工藝仿真模型、生產(chǎn)模型、裝配模型、維護(hù)維修模型等，由此形成了物理實(shí)體和數(shù)字虛體的多元化對(duì)應(yīng)關(guān)系，即“一對(duì)一”“一對(duì)多”“多對(duì)一”“多對(duì)多”“一對(duì)少”“少對(duì)一”“一對(duì)零”“零對(duì)一”。因此只談“一對(duì)一”就顯得在理解上過于簡(jiǎn)單了。

綜上所述，“Digital Twin”一詞在翻譯和理解時(shí)，既不應(yīng)限定在“雙”，也不宜理解為“胎”。該詞借用“Twin”之意，所表達(dá)的是一種數(shù)字虛體與物理實(shí)體非常相像的多元化虛實(shí)映射關(guān)系。

應(yīng)用場(chǎng)景和對(duì)應(yīng)模式是多種多樣的。

04 虛體測(cè)試 實(shí)體創(chuàng)新

數(shù)字虛體與物理實(shí)體之間的孿生關(guān)系，其實(shí)早就有之，只不過此前沒有使用嚴(yán)格定義的術(shù)語(yǔ)來表達(dá)。

平時(shí)大家所說的“比特（bit）與原子（atom）”“賽博與物理”“虛擬與現(xiàn)實(shí)”“數(shù)字樣機(jī)與物理樣機(jī)”“數(shù)字孿生體與物理孿生體”“數(shù)字端（C）與物理端（P）”“數(shù)字世界與物理世界”“數(shù)字空間與物理空間”等不同的虛實(shí)對(duì)應(yīng)詞匯，實(shí)際上都是在以不同的專業(yè)術(shù)語(yǔ)，或近似或準(zhǔn)確地描述兩種“體”之間的虛實(shí)映射關(guān)系。

• 從映射關(guān)系上看，一虛、一實(shí)，兩種“體”相互對(duì)應(yīng)，數(shù)量不限。數(shù)字虛體是物理實(shí)體的“數(shù)字孿生體”，反之，物理實(shí)體也是數(shù)字虛體的“物理孿生體”，這是二者的基本關(guān)系和事實(shí)。
• 從誕生順序上看，先有物理實(shí)體，后有數(shù)字虛體。以工業(yè)視角來看，實(shí)體是第一次工業(yè)革命和第二次工業(yè)革命的產(chǎn)物，虛體是第三次工業(yè)革命的產(chǎn)物。而虛體對(duì)實(shí)體的描述、定義、放大與控制，以及二者的逐漸融合，正在促成新工業(yè)革命。
• 從重要性上看，沒有物理實(shí)體，就無法執(zhí)行工業(yè)必需的物理過程，無法保障國(guó)計(jì)民生；沒有數(shù)字虛體，就無法實(shí)現(xiàn)對(duì)物理實(shí)體的賦值、賦能和賦智，就失去了工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的技術(shù)途徑。虛實(shí)必須融合，二者均不可缺。但是最終體現(xiàn)的，是轉(zhuǎn)型升級(jí)之后的“新工業(yè)實(shí)體”，是有了數(shù)字虛體作為大腦、神經(jīng)特別是靈魂的全新機(jī)器和設(shè)備。
• 從創(chuàng)新性上看，虛實(shí)融合，相互放大價(jià)值。而且，在產(chǎn)品研制上，先做物理實(shí)體還是先做數(shù)字虛體，人們有了更多的選擇，無論是誰(shuí)先誰(shuí)后，或是同時(shí)生成，都可產(chǎn)生諸多創(chuàng)新，智能制造中的很多新技術(shù)、新模式、新業(yè)態(tài)也就此產(chǎn)生。

波音公司為F-15C型飛機(jī)創(chuàng)建了數(shù)字孿生體，不同工況條件、不同場(chǎng)景的模型都可以在數(shù)字孿生體上加載，每個(gè)階段、每個(gè)環(huán)節(jié)都可以衍生出一個(gè)或多個(gè)不同的數(shù)字孿生體，從而對(duì)飛機(jī)進(jìn)行全生命周期各項(xiàng)活動(dòng)的仿真分析、評(píng)估和決策，讓物理產(chǎn)品獲得更好的可制造性、裝配性、檢測(cè)性和保障性。如圖5-3所示。

▲圖5-3 波音F-15C飛機(jī)的多個(gè)數(shù)字孿生模型

據(jù)報(bào)道，美國(guó)陸軍環(huán)境醫(yī)學(xué)研究所2010年開始啟動(dòng)一個(gè)項(xiàng)目，旨在創(chuàng)建完整的“阿凡達(dá)”單兵。該所研究人員希望給每名軍人都創(chuàng)建出自己的數(shù)字虛擬形象，無論高矮胖瘦和脾氣秉性。目前已經(jīng)成功地開發(fā)了250名“阿凡達(dá)”單兵。

在一個(gè)復(fù)雜的虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)中，研究人員讓這些虛擬單兵穿上不同的作戰(zhàn)服，變換不同的姿勢(shì)和位置，不斷加載戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境的數(shù)字孿生體來進(jìn)行各種逼真的高風(fēng)險(xiǎn)模擬，從而替代實(shí)戰(zhàn)測(cè)試。通過各種數(shù)字化測(cè)試來找出他們的弱點(diǎn)，甚至模擬各種惡劣氣候環(huán)境來測(cè)試這些單兵的生理環(huán)境適應(yīng)能力。所有測(cè)試過程無人身危險(xiǎn)，可以隨意反復(fù)試驗(yàn)。

上述技術(shù)路徑可以用在新開發(fā)或正在改進(jìn)的機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)線上，即盡量在數(shù)字空間中，針對(duì)有待改進(jìn)的機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)線，做好它們的數(shù)字孿生體，施加并測(cè)試各種數(shù)字化的工況條件，隨意變換工作場(chǎng)景，以近乎零成本對(duì)這些數(shù)字孿生體進(jìn)行虛擬測(cè)試和反復(fù)迭代，待一切測(cè)試結(jié)果都滿足了設(shè)計(jì)與改進(jìn)目的之后，再在實(shí)際的機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)線上進(jìn)行實(shí)測(cè)，這樣可以大幅度減少對(duì)物理實(shí)體測(cè)試環(huán)境的依賴和損耗，減少或避免可能出現(xiàn)的環(huán)境污染或人體傷害。最終通過一兩次迭代就能實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)體機(jī)器設(shè)備的改進(jìn)。

關(guān)于作者：趙敏，走向智能研究院執(zhí)行院長(zhǎng)，中國(guó)發(fā)明協(xié)會(huì)常務(wù)理事，發(fā)明方法研究分會(huì)會(huì)長(zhǎng)，正高工。工信部CPS發(fā)展論壇副秘書長(zhǎng)，中國(guó)制造企業(yè)雙創(chuàng)發(fā)展聯(lián)盟專家委員會(huì)委員，中國(guó)工業(yè)技術(shù)軟件化產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（中國(guó)工業(yè)APP聯(lián)盟）專家委員會(huì)委員，國(guó)家工業(yè)信息安全專家咨詢委員會(huì)委員，U-TRIZ創(chuàng)始人。

寧振波，教授，中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)信息技術(shù)中心原首席顧問，中國(guó)船舶獨(dú)立董事。參加多型飛機(jī)研制。國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)獲得者。參與編制數(shù)字化、智能化制造系列叢書。發(fā)表相關(guān)制造業(yè)學(xué)術(shù)論文數(shù)百篇。也是多個(gè)行業(yè)、企事業(yè)單位的外聘專家。

本文摘編自《鑄魂：軟件定義制造》，經(jīng)出版方授權(quán)發(fā)布。