版權說明：本文經系統仿真學報公眾號授權轉載

原文作者：張霖

原文鏈接：https://mp.weixin.qq.com/s/WkWI6_ZKHY5PQVBSV4cB5A

作者簡介

張霖：

北京航空航天大學教授。曾任國際建模仿真學會（SCS）主席，亞洲仿真聯盟（ASIASIM）主席，中國仿真學會常務副理事長，北航自動化學院副院長。現任中國工業合作協會仿真技術產業分會會長，中國仿真學會智能物聯系統建模仿真專委會主任，中國仿真學會常務理事，復雜產品先進制造系統教育部工程研究中心主任。SCS Fellow，中國仿真學會會士，國家863主題項目首席專家，國家重點研發計劃項目負責人。

引言

自從數字孿生一詞橫空出世，在學術界和工業界很快掀起一股熱浪。從2010年NASA為數字孿生定名，已經過去十多個年頭。如今數字孿生領域仍呈現出一派繁榮的景象。但在這些繁榮表象的背后，其真實情況卻令人擔憂。

數字孿生的本質

先來看看數字孿生本來的含義。關于數字孿生的定義雖然有多種不同的表述，但就其含義而言已形成了基本的共識，即數字孿生是描述與其所對應的物理對象的一種數字化模型，通過不斷采集來自物理對象的數據，使這個模型與物理對象在全生命周期保持一致。

數字孿生的目的是構建一個能反映物理對象真實特性的數字模型，從而通過對數字模型的研究分析而了解物理世界，或者在數字世界中試錯，而不必承擔在物理世界中做同樣的事情可能帶來的風險和需要花費的高昂成本。

數字孿生與普通數字模型的最重要的也是最本質的區別是，數字孿生是一個“動態“模型，這種動態性表現為數字孿生隨著它所描述的物理對象的變化而自動的實時的變化，它會與該物理對象一起成熟甚至一起衰老。這種特性被稱為數字孿生的實時自演化特性。另外對數字孿生還附帶一個更為苛刻的要求，即希望它與物理對象形成閉環，也就是將基于孿生所做的分析和決策實時地反饋給物理對象，從而影響其行為。

不妨看一個汽車模型的例子。下圖中左下方是一輛嶄新的汽車(a)，其上方是這輛車的數字模型（a1）。現在很多類似的產品都可以在出廠時為用戶提供一個數字模型。因為產品設計基本是采用數字化設計，因此這個模型是本來就有的。但是這個模型能不能算是這輛汽車的數字孿生呢？那就要看它是否具有隨著汽車的使用而自動演化的能力。如果多年之后這輛車已經破舊變成了右下角照片的樣子（b），而數字模型（a1）還是最初的樣子，那么這個模型就不是這輛車的數字孿生。因為它沒有與這輛車“在全生命周期保持一致”。如果還用這個模型去分析甚至去影響這輛破舊汽車的運行狀態，這就無異于刻舟求劍了。一個停留在某一瞬間的數字模型對于一個不斷變化的物理對象而言只具有紀念意義，不再具有實用價值，無法用它去理解當下，甚至預測未來。

圖片素材來自網絡

拋開實時自演化的特性，數字孿生這一“新”概念和普通的數字模型就沒有任何區別，那么它的存在也只相當于給數字模型起了個更加通俗的名字，就像“氨酚偽麻美芬片”又叫“白加黑”。這個概念存在的價值也就大打折扣了。

事實上，對于一個數字模型來講，能夠滿足這一特性是非常困難的。凡是使用模型作為工具的領域，一直都在尋求一個精準的模型，這種精準的一個重要方面就是模型可以隨時反映物理對象的動態變化。這是多少代人的理想。然而經過多年的努力，在這方面所取得的進展非常有限，只能在特定條件下，對非常簡化的模型的少量參數進行在線校準，而這種簡化模型本身與物理對象相去甚遠。對稍微復雜的模型，要做到哪怕是部分參數的實時演化都幾乎沒有辦法，更不要說實時跟蹤物理對象結構的變化。

圖片素材來自網絡和AI

數字孿生概念的火爆為這一理想的實現帶來了希望，它讓更多領域的人關注到這個問題，也讓從事這方面研究的人員數量爆炸式增長。這本是一件令人欣喜的事。但在高調唱響并激起大眾的廣泛興趣和廣泛關注之后，卻無奈地發現這塊骨頭并不是那么好啃，在稍加嘗試之后，便扭頭改道尋找更便捷的路徑。于是一些大家都不愿意看到的亂象便悄然發生了。

亂象一：避重就輕，顧左右而言他

這些年，數字孿生的文章數量飛速增長，但文章所討論的問題和取得的進展卻不容樂觀。早些年的文章大多是在講概念、搭框架、談愿景，等概念討論的差不多了，需要真正觸及實質問題了，大量的文章卻避重就輕，含糊其辭。這些文章大致可分成以下幾類：

一類是以數字孿生為標題，但討論的卻是些傳統問題，只是把一些已經很成熟的理論方法拿來改頭換面，遠看熱熱鬧鬧，近看卻了無新意。或者雖冠以數字孿生之名，但內容卻和數字孿生扯不上多少關系，這種文章純粹是為了蹭熱點。另一類是調子起的很高，對數字孿生的難點和核心問題描述的也還算準確，但當你滿懷期待去尋找希望的答案時，文章卻戛然而止，讓人異常失落。再一類是拼湊一堆時髦的名詞，和數字孿生貌似相關實則無益，對實質問題一筆帶過，淺入淺出。還有一類是基于數字孿生的各種應用，這類文章占了相當大的比例，這個問題涉及另一個亂象，后面再講。

當然也有正面討論數字孿生核心問題且具有一定理論深度的文章，但進展依然有限，要么模型過于簡單，要么條件過于苛刻，結果離實際應用尚遠，但總歸方向還是對的。只可惜這類文章數量太少。

圖片素材來自網絡和AI

亂象二：魚目混珠，新瓶裝舊酒

不知從什么時候開始，大屏幕已經成為數字孿生的標配。似乎只要裝上一個大屏幕，在屏幕里展示一下生產線或者幾臺機器的動畫，就成了數字孿生。或者在設備上連上網線或裝上幾個傳感器，在大屏幕里畫上幾條五顏六色的曲線或一堆大大小小的圓餅方塊，也號稱數字孿生。還有把一些多年前的可視化技術，配上高分辨率渲染或再加上個VR眼鏡，也變成了數字孿生。實際上，屏幕里的動畫除了展示之外并沒有得到進一步的應用，而傳感器的數據和動畫之間也沒有建立什么聯系，動畫背后也沒有體現設備運行機理的數學模型，更談不上和設備之間形成閉環。這種指鹿為馬的做法大行其道，讓數字孿生真假難辨。如今屏幕是越做越大，畫面也越來越炫，但花團錦簇的背后卻難有真知卓見。

當然，不能說數字化展示沒有意義，但僅停留于此絕不是數字孿生。而事實上，數字孿生最核心最困難的部分未必是視覺上可以表現出來的。

數字孿生所描繪的美好愿景無疑是令人向往的，使人們對未來的數字世界充滿期待。但如果照這種模式發展下去，這種期待最終也只能化為泡影。

圖片素材來自網絡

亂象三：概念泛化，邊界模糊不清

數字孿生的概念本來經過多年的討論已經達成基本共識。但近年來其內涵卻呈現出不斷模糊的跡象。出現這種現象大致有兩個方面的原因。一是隨著研究的深入，發現構建一個具備核心特征的真正意義上的數字孿生遠比想象的要困難得多，因此不得不退而求其次，在表述上做各種變通，使本來清晰簡明的概念變得諱莫如深。二是由于數字孿生概念的火爆，原來從事相關領域研究開發的人員和企業有意把自己的工作和數字孿生進行關聯，把一些似是而非的東西貼上數字孿生的標簽，導致數字孿生內涵被不斷放大，以至于和許多相關技術的界限變得模糊不清。

近來NASA的阿波羅13模擬器被當作數字孿生的鼻祖，而那個模擬器是一個虛實結合的半實物仿真系統，這也讓數字孿生中“數字”的概念不再純粹，無疑也讓數字孿生概念的內涵進一步擴大。

被泛化的數字孿生概念在一定程度上掩蓋了數字孿生的本質特性，無益于集中精力針對數字孿生最核心的理論和技術開展攻關。模糊的概念也導致在一些科研項目中提出不切實際的指標，比如要求一年內構建幾百甚至上千個數字孿生模型等等，迫使項目交賬時不得不以次充好，甚至弄虛作假，既帶壞了學術研究的風氣，又造成科研資源的極大浪費。

圖片素材來自網絡

因此，數字孿生概念的泛化最終的結果只是給一些傳統數字化技術更換了一個更加響亮的名字，這雖然對于數字化技術的普及推廣具有一定的積極作用，但由其所產生的負面影響，將阻礙數字化技術的真正突破和健康發展。

亂象四：核心技術遠未突破，應用卻已遍地開花

數字孿生的標志性特征是跟隨物理對象的實時自演化能力，模型的自動演化技術是數字孿生最核心、也是最難實現的技術，這需堅實的基礎理論作為支撐。但自從數字孿生概念誕生至今，相關理論并沒有取得實質性進展。如果再考慮到與物理對象的閉環反饋，就更缺乏有效的方法和手段。但令人匪夷所思的是，在數字孿生核心技術遠未獲得實質性突破的情況下，各類應用卻已經遍地開花。

前面提到，在有關數字孿生的各類文章中，有相當多是基于數字孿生的各種應用，它們把應用的場景描述得美輪美奐，應用的效果展示得繁花似錦，但就是不提這個所基于的數字孿生是如何獲得的。這類基于一個不存在的假設而演繹出的各種結果，實乃空中樓閣，其實際價值可想而知。

圖片素材來自網絡

如果說我們對學術文章里的所謂應用大可不必當真，那么在各行各業如雨后春筍般涌現出的數字孿生應用，就著實令人費解了。近年來，在各類報告和宣傳中，數字孿生的應用案例越來越多，而且都取得了不俗的效果。但如果隨便找幾個案例認真分析一下便不難發現，所應用的“數字孿生”其實并不具備真正數字孿生的關鍵特征，也就是說，應用的仍是些貼著數字孿生標簽的常規技術。實際情況是，要在眾多的案例中尋找一個真正意義上的數字孿生應用非常困難。

不過話說回來，企業為了商業利益，追逐或炒作一些時髦的概念也無可厚非，而學術研究的不求甚解大多也是出于無奈，畢竟直擊要害的問題太難突破，而無關痛癢的表面文章做起來則容易得多。所以多數人也就見怪不怪，進而選擇隨波逐流甚至渾水摸魚。

然而由此所造成的虛假繁榮，可能給人們造成誤導，以至盲目樂觀而做出一些不符合科學規律的冒進的決策，反而會對這一本來充滿美好前景的技術造成嚴重的傷害。

更加令人不安的是，這些亂象又豈止是數字孿生這一個領域！

如今科研人員的學術生涯被幾步一堆的食餌切割成了幾年一段的時間碎片，他們內心被攪得春心蕩漾又焦慮不安，因此追逐熱點的快餐式科研便成為一種常態。這導致表面繁華的背后是一地雞毛，絢麗的煙花散去也只剩一縷青煙。

圖片素材來自網絡

這正是：

本為生計入學林，錦衣玉冠卻銷魂，

求得浮云遮望眼，鏡花水月不是春。

燈紅酒綠人聲沸，荒草茫茫掩孤墳，

繁華散去空落寞，蹉跎歲月誤乾坤。

深圳市優飛迪科技有限公司成立于2010年，是一家專注于產品開發平臺解決方案與物聯網技術開發的國家級高新技術企業。

十多年來，優飛迪科技在數字孿生、工業軟件尤其仿真技術、物聯網技術開發等領域積累了豐富的經驗，并在這些領域擁有數十項獨立自主的知識產權。同時，優飛迪科技也與國際和國內的主要頭部工業軟件廠商建立了戰略合作關系，能夠為客戶提供完整的產品開發平臺解決方案。

優飛迪科技技術團隊實力雄厚，主要成員均來自于國內外頂尖學府、并在相關領域有豐富的工作經驗，能為客戶提供“全心U+端到端服務”。