岭南半月谈 | 管震：数字孪生的今天和明天

管震先生从数字孪生是什么、拿来做什么、核心是什么、难度是什么四个方面来分析他对数字孪生技术的理解和看法。

一、数字孪生是什么

数字孪生是物理世界的物体映射到虚拟世界中，产生在数字世界中的原型。映射的方法有几种，一种是把控制物体的信号抽取出来，产生数据，用过公共网络传输到计算机终端，最终映射到虚拟世界中。它能够创建基于建筑物、工厂、城市等整个环境的数字模型的孪生图，并提供可视化数据，以推动产品改进、运营优化、提高效率等生产管理需求。第二种是通过MR或者AR技术，佩戴可视装备后在现实场景中“看到”虚拟出来的工艺产品。例如在工程现场佩戴MR眼镜，可以“看到”虚拟的设计钢结构和现实场景结合的情况，并实时生成可以交互的虚拟物体数据信息。

数字孪生技术一种典型的应用就是在工厂环境中对大批量机器人状态进行控制、监测、运维。在日本，一家大型的机器人开发工厂，在机器人持续工作的状态下，利用数字孪生技术对运行中的机器人每一个动作都进行监测，结合远程专家的技术支持，能检测到以往无法察觉的故障并远程修复。在完整的工业元宇宙中，机器人的设计、开发、测试等完整流程，都可以在虚拟环境中实现。

大屏幕中的数字孪生图和其虚拟运行场景背后，是大量的物联网、数据技术的应用。数字孪生的起源就是美国NASA航天局用数字孪生技术模拟飞船点火发射的状态，这些点火、飞船状态等数据来自于大量的物联网设备收集和历史数据记录。现在物联网设备普及了，数字孪生的应用也比较广泛，例如商场通过收集客流数据，形成游客的热力图，根据游客的热点位置来调整货柜的摆放位置，像这样的应用例子有很多。

二、数字孪生拿来做什么

数字孪生第一个重要的功能就是好看。有时候我们很难跟别人说清楚我们的产品或项目做了什么，但有了数字孪生技术就能很清晰的展示。通过数字孪生技术，设备的运行关键数据可以生成可视化图表，各种有共性的数据聚合在一起，管理层可以清晰地看到他们关心的指标。

第二个功能是实现跨空间控制。医生可以通过数字孪生技术远程操纵手术，精度达到零点零几毫米，非常精准。但是跨空间控制要克服数据传输协议五花八门的问题，每家公司可能都会推行自己的协议，这样的话数据无法以统一的格式整合到一块，利用效率不高。

第三个功能是设计与构造。设计公司可以将设计的原稿做成3D模型，方便评审或者甲方去查看，也方便修改。对原材料进行扫描，统一布料、色号、结构等数据的标准，贴上唯一标识的标签，可以做到耦合外部系统的一致性，确保上下游的企业拿到标准的数据，生产出符合要求的产品。

第四个功能是快照。快照技术主要是在操作系统以及存储技术上实现的一种记录某一时间系统状态的技术。快照有很多作用，例如可以对生产环境某个时间点进行复盘，重新模拟出那个时间点系统的状态是什么样的？大家正在干啥？正在发生什么事情？这样可以帮助管理者去诊断事故的原因。在作对比的时候，快照也会产生一些推算，对未来的系统运行非常重要。

数字孪生进一步的作用是实现价值链数字孪生化。传统的企业价值链上下游之间往往要靠人去沟通，沟通成本很大。但数字孪生技术的快照功能，尤其是对生产链连续的快照，可以实现价值链上数据的共享，就可以从更高的维度上将价值链各个模块串联起来，各个环节也就能推动数字化。

从游戏中也能得到很多关于数字孪生的启发。例如有一款城市建设的游戏，你可以在一块地上自由的建造城市，然后你会发现城市中有一些道路经常堵塞，一些地区市民特别少等问题，再一个个去解决。数字孪生技术也可以采集某个场景的数据，然后在虚拟空间中继续建设，对物理世界进行辅助推理，来预测可能遇到的问题，然后自我迭代，将这个场景完善。用“仿真”的方式来帮助我们更好地理解场景，这样数字孪生技术的实现才有很好的意义。

当我们重新审视生产的边际成本，每个行业可能都找到数字化带来的增长点。在第一阶段，企业计划、订单、物流、仓储等每个环节独立应用数字孪生技术后，每个环节的效率都得到提升。第二阶段，管理者再去审视供应链，会发现计划、订单、物流、仓储等某些环节是能整合到一块的，优化流程，获得更高的运营效率。在第三阶段，还可以形成数字化输出，数字孪生技术用更低的边际成本换取更高的收益。例如顺丰成立的顺丰科技，不仅服务自己，也服务其他公司。

管震先生总结道，数字孪生的作用就是，人可以用数字孪生可视化、交互建模、数据建模、推理与决策的能力，设计、构建、运营、优化物理系统。

三、数字孪生核心是什么

数字孪生的核心是建模。建模要关注到每个市场方面，市场是这个关系是什么？为什么是这样？有什么沉淀积累在里面？然后才可能把提高信息传递效率、计划和调整效率、数据量，降低库存量，去做得更快速、更精准的预测。

建模包括逻辑模型、数据模型、业务模型，涉及到与不同的业务单位的交互，要把它的业务逻辑和流程摸清楚，包括每个岗位做什么事情，岗位与岗位之间怎么连接。通过模型把所有的流程连到一块，并设计数据的一致性，然后管理者可以将他们的需求放进去，看看会对整个系统产生什么样的互动。

工业元宇宙，就是人通过模型可以对物理系统进行沉浸式可视化与交互、抽象业务逻辑、推理与决策，促使整个价值链实现数字化、智能化和信息化，并在世界模拟预测，打破了现实条件的束缚，真正实现在技术支撑下的产业融合，最大化地提高生产效率。

四、数字孪生难度是什么

数字孪生技术继续往深做会碰到几个问题：交互环境、OT与IT的数据融合、对建模的心理和业务准备、能互联的建模工具和“智能”的平民化。

数字孪生的重点是怎样建模。参数化建模的方法是，在变量化设计思维基础上，设计定量计算方法，可以大大提高模型的生成和修改的速度，提高工作效率和工作质量。还有业务流程结构化的建模、基于本体论的业务建模等方法。

另一个难点用开放的定义语言表达。开放的定义语言表达一个重要特征是将这些模型定义视为描述业务的专门词汇。例如，对于建筑管理解决方案，可以定义一个模型，用于定义建筑类型、楼层类型和电梯类型。模型是采用类似JSON语言（DTDL）进行定义的，它们根据状态属性、遥测事件、命令、组件和关系描述不同类型的实体。另外，数据一致性也是一个难点，数据一致性虽然很难做，但也有解决办法。

管震先生总结道，数字孪生技术不仅仅是停留在屏幕上，不仅仅是为了展示起来好看，更重要的是深入地挖掘这项技术的利用需求，将它的优势最大化，推动企业和行业发展。

分享结束后，管震先生与参会人员就数字孪生的应用、建模的方法等话题进行了交流和探讨。参会人员也以圆桌会议的形式，立足自己的行业发表了数字孪生技术的看法和感悟。

在第四次工业革命背景下，数字孪生带来的核心价值在于，通过新一代信息技术和制造技术驱动，整合多属性、多维度、多应用可能性的仿真技术，实现对物理实体对象的特征、行为、形成过程和性能等进行描述和建模，从而进一步实现智能化。数字孪生技术在各个领域都具有广泛的应用前景，但是数字孪生投资成本较高、回报周期长、技术门槛高的特点使得它往往仅能成为大企业“锦上添花”的高端技术应用，而难以成为广大小企业“雪中送炭”的普适技术应用，加上目前很多行业本身面临着基础薄弱、商业模式不成熟、技术短板明显等问题，故数字孪生技术普遍停留在“好看”阶段，没能得到进一步的应用。如何铲平发展的门槛，真正利用好数字孪生技术，仍是各方人员需要思考和探索的问题。