這可能和畫圖有點相似，但相比於畫圖紙，數字孿生體最大的特點在於：它是對實體對象的動態仿真，也就是說，數字孿生體是會「動」的，而且數字孿生體不是隨便亂「動」，其 「動」的依據，來自本體的物理設計模型，還有本體上面傳感器反饋的數據，以及本體運行的歷史數據。本體的實時狀態和外界環境條件，都會復現到「孿生體」身上。

後來，數字孿生的內涵擴展到了整個產品的製造過程。在國防軍工、工業生產領域，數字孿生概念廣泛開花結果，主要以NASA、美軍方、西門子、達索、ANSYS、GE等領先企業在工業領域的應用為主。

如今，數字孿生已經在智慧城市、智慧交通、智慧農業、智慧醫療、智能家居等領域開花結果。

02

在虛實之間不斷進化

在物理實體與虛擬實體之間，數據是基礎，模型是核心，平台或軟體只是載體。

值得關注的是，如果說數字孿生是一項各行各業通用的技術，那麼，數字孿生自身特有的技術是什麼？與現有的各種數字化技術的關係又是什麼？專業人士給出的數字孿生的案例或應用場景，絕大多數採用的都是已有的數字化技術，那麼數字孿生的價值何在？

達索析統大中華區技術諮詢部技術總監馮升華向《商學院》記者總結道：「實際上，數字孿生並不是一個全新的概念，它植根於一些現有技術，如3D建模、系統仿真、數字原型等，它更像是一種方法論，而非技術本身。」據馮升華介紹，達索析統（以下稱「達索」）最早是從達索航空的IT部門分離出來的，達索的進化也能大致看出數字孿生的進化過程。

第一個階段是從1981年開始，達索主要從設計飛機的角度解決二維轉三維的問題，從物理的飛機實體設計出虛擬的飛機模型，實現所見即所得。

第二個階段是從1989年開始，在達索和波音公司合作的過程中，波音公司提出要做數字樣機，即在電腦里建成的飛機，在現實中建出來後立馬就可以飛。因此，這就要求電腦中建造的模型不僅僅是飛機的樣子，而是要將飛機背後涉及到的空氣動力學、結構力學、控制學、電磁學等多學科的知識進行數字化。

第三個階段是從1999年開始，達索對產品生命周期管理進行數字化，即不局限於在電腦中建造飛機或是汽車的樣機等產品的最終狀態，而是融入了市場的概念。這就需要將飛機的設計、仿真到生產製造、產品維護全生命周期進行數字化。

第四個階段，達索繼續打造出了三維體驗平台，從宏觀到微觀，完善對產品和內外部環境的數字化。比如對於汽車來說，可以實現汽車駕駛過程中道路等周邊環境的數字化以及汽車內部使用材料的數字化。

馮升華表示：「從2020年開始，達索步入第五個階段，無論是早期的汽車還是飛機，它們都屬於非生命體的範疇。下一步，我們要融入人的因素，設計車輛時要考慮人的體驗及感受。這需要在虛擬世界中給人體建模，包括要考慮到人的器官、整個系統是如何思考的，人體的運作機制等等。」

因此，數字孿生主要可以從時間、空間、數據、連接以及應用等幾個維度去疊代進化。例如：從物理實體的規劃、設計、生產、運行，直到覆蓋整個物理實體的全生命周期；從單個實體孿生到完整產線孿生，再到數字孿生工廠、數字孿生城市，數字孿生的數據逐步覆蓋產品全生命周期的全要素、全流程、全業務的相關數據，同時還強調不同行業數據之間的融合等等。

「達索對數字孿生技術應用的探索，從航空產業出發，相比其他行業，航空領域的複雜性以及對安全性的要求都特別高。因此後面在往其他領域滲透時，相對來講會更容易一些。通過對海量、多樣性、速度、準確等不同維度的大數據進行分析，可以從複雜的現象中發現有價值的信息，這些信息適用於各個行業。但是，每個行業都有自己行業獨特的『小數據』和知識體系，因此，達索每進入一個新行業，一定要與該行業的專家和客戶一起去發展這個行業。」馮升華說。

他進一步強調，實施數字孿生是一個複雜的系統和漫長的過程，需要多種技術和工具協同工作。因此，達索從原來基礎的CAD軟體包開始，後面陸續收購了包括CATIA、SolidWorks、SIMULIA DELMIA、ENOVIA、3D EXCITE等知名軟體品牌，形成了如今的3D Experience平台多元一體產品矩陣。不同行業的用戶可以根據企業實際經營需求，自行選擇相應的軟體服務包。馮升華表示，數字孿生的背後是諸如物理學、力學、電學、聲學、地球物理學、化學等多門學科的集合，是一項綜合性技術，在物理實體與虛擬實體之間，數據是基礎，模型是核心，平台或軟體只是載體。

03

虛擬世界是現實世界的延伸

在虛擬世界，人們完全可以超越現實世界的某些束縛，甚至在虛擬世界中創造出擁有另一套宇宙規則的世界。

如果說數字孿生一定要有物理世界的產品或對象進行對應，那麼是不是必須先有物理實體才可以有數字孿生？馮升華認為，既可以有物理實體的對應，也可以沒有物理實體的對應，因此達索在數字孿生的基礎上，繼續推出了虛擬孿生的概念。

「通常來說，虛擬孿生是先於物理實體存在的，也就是說，當我們去研發一個產品的時候，要研發的這個產品的物理實體在世界上肯定還不存在，或者很大機率不存在。」馮升華說。

達索的工程師們認為，在虛擬世界裡面，人們可以創建遠遠多於現實物理世界的產品和應用場景。例如：自動駕駛汽車是汽車工業的未來，一個自動駕駛的車型在真實世界裡去完成170億公里的行駛測試是不現實的，人們唯一能夠做的就是創造一個虛擬的世界，讓虛擬的汽車在虛擬的世界裡面行駛170億公里。在驗證過程中一旦發生虛擬的事故，就需要對自動駕駛的車輛進行修正。經過多輪的疊代，直到虛擬的自動駕駛車輛，能夠通過170億公里的所有場景測試。

那麼，怎樣保證在虛擬世界的體驗和現實世界的體驗是等效的呢？

馮升華認為，這就需要我們在虛擬世界裡面，建立等效的道路、天氣條件、車流和道路的狀況，以及溫度、光照、濕度、風速等等環境條件和等效的人群。

此外，在馮升華看來，在眾多要素之間，對於人類的虛擬孿生或許是集體實踐的真正「蝶變」。人究竟是如何思考的？消費者們又是如何考慮的？未來，數字孿生會從產品、設備、建築等無生命對象，擴展到人體器官、生物體等有生命對象，還會擴展到社會現象、思維層面以及群體現象等等。

為此，達索系統已經跨出了關鍵的一步。達索在2021年收購了Bloom公司的多數股權，將Bloom的專有社會推理技術和現實世界證據整合進達索的3D Experience平台，將人們在社交生活的各個方面聯繫起來，從而滿足用戶的體驗需求。

此外，馮升華表示：「在虛擬世界裡，我們創造的產品，屬於未來的產品，在現實世界裡面是不存在的。換句話說，虛擬世界是現實世界的一種延展，我們完全可以超越現實世界的某些束縛，甚至在虛擬世界中創造出擁有另一套宇宙規則的世界。」

04

構建「對現實世界負責的元宇宙」

數字孿生體不斷積累大量數據，這個作用就類似於基因和生命體之間的關係。

從虛擬孿生的汽車、飛機、房子，到虛擬的道路、城市、國家甚至地球，最後虛擬出與真實世界幾乎一樣的數智人，科技正在以常人難以想像的速度加速前進。

「未來人類可能走向滅亡，也可能會更幸福更繁榮，為什麼不能把現實世界放到虛擬空間裡去進行測試優化？把現實世界各種各樣可能的要素都放進虛擬空間，是否可以給人類指一條明路？」馮升華說。

這似乎與當下熱門的「元宇宙」概念非常相似，一個是我們生活的現實空間，一個是從小說、電影、遊戲等人類想像中延伸出的虛擬空間，另一個是現實的物理實體在網絡空間中的映射。

中國移動通信研究院技術總監畢婭娜指出，相比「數字孿生」，「元宇宙」的概念來得更宏大一些。構建元宇宙技術體系至少需要包含三個組成部分：一是基礎支撐層，包括以5G、5G-A、6G為主的網絡基礎設施和多層次廣分布算力基礎設施；二是基礎使能層，包括為元宇宙賦能的人工智慧技術和構成元宇宙運轉規則的區塊鏈、認證體系、數字身份、NFT等技術；三是業務使能層，包括沉浸式交互技術、數字孿生與內容生成技術和數智人。

在馮升華看來，「數字孿生」雖然只是「元宇宙」所需技術的一部分。但是，當數字孿生體在工作過程中不斷積累大量的數據，這個作用就類似於基因和生命體之間的關係，數字孿生會不斷向著更高級別的數字孿生體進化發展，最後，數字孿生技術形成的元宇宙，會是一個「對現實世界負責的元宇宙」。

「我們不僅僅能夠去描繪未來的場景，還能夠把對未來的擘畫變成真正能夠落地實現的場景。可以加速把未來才能實現的產品和應用場景提前變成現實，或者避免未來我們在探索的過程中所遇到的困難和危險，幫我們躲過那些深坑和陷阱。」馮升華如是說。

來源 | 《商學院》雜誌2023年9月刊