什么是数字孪生？已有哪些应用？终于有人讲明白了( 四 ) _数字孪生

应用场景和对应模式是多种多样的。
04 虚体测试实体创新数字虚体与物理实体之间的孪生关系，其实早就有之，只不过此前没有使用严格定义的术语来表达。
平时大家所说的“比特（bit）与原子（atom）”“赛博与物理”“虚拟与现实”“数字样机与物理样机”“数字孪生体与物理孪生体”“数字端（C）与物理端（P）”“数字世界与物理世界”“数字空间与物理空间”等不同的虚实对应词汇，实际上都是在以不同的专业术语，或近似或准确地描述两种“体”之间的虚实映射关系。

从映射关系上看，一虚、一实，两种“体”相互对应，数量不限。数字虚体是物理实体的“数字孪生体”，反之，物理实体也是数字虚体的“物理孪生体”，这是二者的基本关系和事实。
从诞生顺序上看，先有物理实体，后有数字虚体。以工业视角来看，实体是第一次工业革命和第二次工业革命的产物，虚体是第三次工业革命的产物。而虚体对实体的描述、定义、放大与控制，以及二者的逐渐融合，正在促成新工业革命。
从重要性上看，没有物理实体，就无法执行工业必需的物理过程，无法保障国计民生；没有数字虚体，就无法实现对物理实体的赋值、赋能和赋智，就失去了工业转型升级的技术途径。虚实必须融合，二者均不可缺。但是最终体现的，是转型升级之后的“新工业实体”，是有了数字虚体作为大脑、神经特别是灵魂的全新机器和设备。
从创新性上看，虚实融合，相互放大价值。而且，在产品研制上，先做物理实体还是先做数字虚体，人们有了更多的选择，无论是谁先谁后，或是同时生成，都可产生诸多创新，智能制造中的很多新技术、新模式、新业态也就此产生。

波音公司为F-15C型飞机创建了数字孪生体，不同工况条件、不同场景的模型都可以在数字孪生体上加载，每个阶段、每个环节都可以衍生出一个或多个不同的数字孪生体，从而对飞机进行全生命周期各项活动的仿真分析、评估和决策，让物理产品获得更好的可制造性、装配性、检测性和保障性。如图5-3所示。

文章插图
▲图5-3 波音F-15C飞机的多个数字孪生模型
据报道，美国陆军环境医学研究所2010年开始启动一个项目，旨在创建完整的“阿凡达”单兵。该所研究人员希望给每名军人都创建出自己的数字虚拟形象，无论高矮胖瘦和脾气秉性。目前已经成功地开发了250名“阿凡达”单兵。
在一个复杂的虚拟训练系统中，研究人员让这些虚拟单兵穿上不同的作战服，变换不同的姿势和位置，不断加载战场环境的数字孪生体来进行各种逼真的高风险模拟，从而替代实战测试。通过各种数字化测试来找出他们的弱点，甚至模拟各种恶劣气候环境来测试这些单兵的生理环境适应能力。所有测试过程无人身危险，可以随意反复试验。
上述技术路径可以用在新开发或正在改进的机器、设备或生产线上，即尽量在数字空间中，针对有待改进的机器、设备或生产线，做好它们的数字孪生体，施加并测试各种数字化的工况条件，随意变换工作场景，以近乎零成本对这些数字孪生体进行虚拟测试和反复迭代，待一切测试结果都满足了设计与改进目的之后，再在实际的机器、设备或生产线上进行实测，这样可以大幅度减少对物理实体测试环境的依赖和损耗，减少或避免可能出现的环境污染或人体伤害。最终通过一两次迭代就能实现对实体机器设备的改进。

关于作者：赵敏，走向智能研究院执行院长，中国发明协会常务理事，发明方法研究分会会长，正高工。工信部CPS发展论坛副秘书长，中国制造企业双创发展联盟专家委员会委员，中国工业技术软件化产业联盟（中国工业APP联盟）专家委员会委员，国家工业信息安全专家咨询委员会委员，U-TRIZ创始人。
宁振波，教授，中国航空工业集团信息技术中心原首席顾问，中国船舶独立董事。参加多型飞机研制。国家科技进步二等奖获得者。参与编制数字化、智能化制造系列丛书。发表相关制造业学术论文数百篇。也是多个行业、企事业单位的外聘专家。

【什么是数字孪生？已有哪些应用？终于有人讲明白了】本文摘编自《铸魂：软件定义制造》，经出版方授权发布。