“元宇宙”与“数字孪生”

Posted 2022-03-16 CECBC

早在2002年，“数字孪生（Digital Twin）”这一概念被美国Michael Grieves教授提出。12年后，他再次详细地解释了数字孪生概念，是指在信息空间构建一个可以映射表征物理设备的虚拟系统，他们之间的联系并不是单向和静态的，而是在整个产品的生命周期中都联系在一起。

关于数字孪生的朴素想法，也许早在几千年前就已经出现并被运用到城市建设和战争中，比如古代行军打仗必备的军事推演工具——沙盘。相对于宏大又有些“缥缈”的元宇宙， 要对真实世界负责的数字孪生，具有相当明确的使命。

或许在游戏中，我们也有过似曾相识的感觉。喜欢玩沙盒类游戏的朋友，一定不会错过《Minecraft》和《都市：天际线》两款游戏。在自由度极其之高的游戏世界中，玩家可以按照自己的想法建设属于自己的城市。

伴随着时代的发展，数字孪生技术作为重要的数字化手段深度运用到工业制造和智慧城市建设中。中国信息通信研究院产业与规划研究所高级工程师高艳在《数字孪生城市如何推动了新型智慧城市》一文中，也对数字孪生提出了明确的定义。

数字孪生，是通过对物理世界的人、物、事件等所有要素数字化，在网络空间再造一个与之对应的“虚拟世界”，由此形成物理维度上的实体世界和信息维度上的虚拟世界同生共存、虚实交融的格局，这是用数字化方式为物理对象创建虚拟模型，由此来模拟其在现实环境中的行为……数字孪生是数字化发展的必经之路，数字孪生城市是智慧城市的起点。

数字孪生技术最先应用于工业制造的领域中。目前，全球领先的制造企业正在将对于数字孪生的理解，与自身业务融合形成工业4.0时代下的解决方案。

美国通用电器公司借助数字孪生这一概念，提出物理机械和分析技术融合的实现途径，让每个引擎，每个涡轮，每台核磁共振都拥有一个数字化的“双胞胎”，并通过数字化模型在虚拟环境下实现机器人调试、试验、优化运行状态等模拟，以便将最优方案应用在物理世界的机器上，从而节省大量维修、调试成本。

德国软件公司SAP基于Leonardo平台在数字世界打造了一个完整的数字化双胞胎，在产品试验阶段采集设备的运行状况，进行分析后得出产品的实际性能，再与需求设计的目标比较，形成产品研发的闭环体系。

而在中国也不乏这样的案例。在2019年12月，被誉为“世纪工程”的中俄东线天然气管道工程正式投产通气，得到了中俄两国元首的热烈祝贺和高度评价。作为中国首条“智能管道”样板工程，中俄东线管道工程就构建了一个“数字孪生体”，实现了在统一的数据标准下开展可研、设计、采办和施工。随着运营动态数据的不断丰富，“数字孪生体”将跟随管道全生命周期而共同生长。

很多项目中，很多企业不仅注重数字化转型建设厂务管理系统、能源管理系统、设备管理系统外，更注重的是现代化工厂对信息化水平的整体要求。传统二维场景应用中，已不能够满足多设备、多流程工艺、工艺仿真的信息化要求。

针对这些中大型企业，智能制造数字孪生3D可视化系统将项目范围内的所有产线、企业全貌、工厂场景等在数字时间中的1:1还原，同时还与其他信息系统实现了数据的互联互通，能够满足其提出的虚实联动、数据联动等管理、应用要求。

而数字孪生应用的整体效果最终在其智能大屏中进行展示，对于大型制造业企业可以实现工序的生产流程在虚拟三维仿真场景中对真实生产过程的全面还原。

应用的整体效果最终在智能大屏中进行展示，实现了工序的生产流程在虚拟三维仿真场景中对真实生产过程的全面还原。能够满足企业提出的虚实联动、数据联动等管理、应用要求。

值得注意的是，数字孪生的概念不仅活跃在工业4.0的制造业，也越来越频繁地出现在智慧城市领域。

随着ICT（信息、通信、技术）成为智慧城市发展的主要动能，移动通信、互联网、云计算、传感器、人工智能、量子通信在智慧城市都得到了广泛应用。全域感知、数字模拟、深度学习等各领域的技术发展也即将迎来拐点，这使得城市的数字孪生应运而生。

如今，城市布满各种各样的传感器、摄像头。借助包括5G在内的物联网技术，这些终端采集的数据可以更快地被提取出来。

在数字孪生城市中，基础设施（水、电、气、交通等）的运行状态，市政资源（警力、医疗、消防等）的调配情况，都会通过传感器、摄像头、数字化子系统采集出来，并通过包括5G在内的物联网技术传递到云端。

数字孪生在智慧城市发展与建设中的核心价值在于，它能够在物理世界和数字世界之间全面建立实时联系，进而对操作对象全生命周期的变化进行记录、分析和预测。

国家发展改革委重磅发布《关于推进“上云用数赋智”行动 培育新经济发展实施方案》（以下简称《方案》），其中“数字孪生”技术在《方案》中被提及多次，和云计算、人工智能、5G、物联网等前沿技术一样，受关注程度上升到国家高度。

《方案》中明确提到，数字孪生作为国家经济、企业发展数字化转型的关键基础技术之一，将为新的经济增长提供巨大动能，因此强调和鼓励开展数字孪生创新计划，引导各方力量参与提出数字孪生的解决方案。

相信在不久的将来，数字孪生技术不仅可以孕育出极具潜力的市场蓝海，同时也能对社会经济带来质的飞跃。