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數字孿生體是個生命體
互聯網 2022-08-18 18:09:22
數字孿生已成為最炙手可熱的概念。這一概念的最大優點是具體直觀，易于理解。望文生義也好，顧名思義也罷，說者言語一出，聽者便猜出大概。
與此有關的文章鋪天蓋地，講座也層出不窮，但大多數要么停留在溯源和概念層面，要么談論某個具體案例，缺乏系統的理論框架。很多案例是把早已存在的普通數字化案例穿了數字孿生馬甲出來蹭蹭熱度。即使是套用數字孿生概念的新案例，對數字孿生的理解也似是而非。涉及到具體技術的時候，要么比較單一，要么多而零散，缺乏嚴密遞進的邏輯。
本文希望在系統性和理論性方面前進一步，從體系框架上做一個厘清，從更完整全面的視角觀察數字孿生體系的全貌。
數字孿生系統是由物理對象、數字鏡像及互動系統構成的一個體系，如圖1所示。數字孿生體將數字技術發揮到極致，使得物理世界和數字世界的互動更加直接、方便和全方位。
圖1.數字孿生體系的概念
基于以上概念，我們給出數字孿生體的定義如下：數字孿生體是現有或將有的物理實體對象的數字模型，通過實測、仿真和數據分析來實時感知、診斷、預測物理實體對象的狀態，通過性能和狀態優化和指令發送來調控物理實體對象的行為，通過相關數字模型間的相互學習來進化自身，同時改進利益相關方在物理實體對象生命周期內的決策。
我們的研究選擇了國際公認的高起點——國際標準化組織（ISO）的相關標準ISO_DIS_23247，該標準提出了數字孿生制造的參考架構。該參考架構所包含的要素全面，邏輯合理，符合我們所研究的結論。但我們認為該標準對于具體應用來說過于抽象，所以對本框架做了術語上的修訂和釋義，形成如圖2所示的參考架構。本文所提的應用架構是從該參考架構出發而設計的。
圖2.數字孿生系統的通用參考架構
我們提出應用架構如圖3所示，本架構可指導數字孿生體的建設與實施。
圖3.數字孿生體系框架
圖3上部分是數字孿生體框架，下部分是物理對象的示意。物理對象在此圖中用于表達數字孿生世界與物理世界的關系，并不是數字孿生體框架的要素。數字孿生體架構包含以下要素：數字模型、測量與控制、模擬仿真、數據分析、數字資產和人機界面。
數字孿生體框架的要素使得數字孿生體呈現出一種生命體特征，如圖4所示，擁有軀體、神經、左腦、右腦和五官 。不僅如此，數字孿生體甚至還具有社會性特征：
圖4.數字孿生生命體模型
數字孿生體將撐起數字化之輪，但又不止于數字化。數字孿生體并不停留在物理世界的數字化表達上，而是與物理世界實時互動。所以，數字孿生體的突破在于：數字世界不滿足于展現一個舊的物理世界，還要模擬新的物理世界；既要實時接受物理世界信息，還要預測物理世界；既要接受物理世界的數據，更要反過來驅動物理世界。
數字孿生體還具有思考能力，不僅可以像左腦一樣理性思考，還可以像右腦一樣感性思考。左腦采用的技術是仿真，可以基于明確的機理計算未來；右腦采用的技術是數據分析，可以基于不明確的機理預測未來。
當數字孿生體具有思考能力時，就可以比物理對象更聰明，提出更為優化的運行模式，通過由物聯網技術提供的互動系統，就像運動神經一樣，將優化模式傳遞給物理對象，甚至直接控制物理對象，使之運行得更為卓越。
人類可以通過計算機屏幕與數字孿生體交互，通過超現實（XR）設備，身臨其境地進入數字孿生體世界，像跟物理世界打交道一樣的方式和數字孿生體世界打交道。不僅如此，人類此時似乎擁有了特異功能，可以隨意變化大小，可以隔空取物，可以時空穿越。現在，腦機技術正在快速發展，也許在未來，人類可以像黑客帝國那樣，意識或思維通過網絡進入數字孿生體世界，自己的孿生體和數字孿生體世界的人與物打交道。
當然，物理體也具有天然的生命特征，但這種生命特征缺少靈性：本能、直覺、條件反射、既定式、預設化、確定性、機械化、個體化。數字孿生體的生命特征則有更多發展空間，可以進化到更加接近智慧生物：精神、思考、理性、推理、創造性、變通性、不確定性、生物性、社會性。
物理體一經產生，就很難升級進化，但數字孿生體卻可以不停升級進化。通過互動系統，數字孿生體的升級進化可以在很大程度上彌補物理對象難以升級進化的缺陷，甚至可以替代物理對象的升級進化。
通過數字線程和云計算技術，數字孿生體擁有了社會性，符合社會發展規律。物理世界是普遍聯系的，數字孿生體的世界也必然是普遍聯系的。人與人之間的相互聯系構成人類社會，數字孿生體之間的相互聯系構成數字社會。人類可相互交流和相互學習，數字孿生體之間也可以相互共享智慧。人類的先哲傳遞下來知識和智慧，數字孿生體的數據和智慧也可以傳遞到下一代。
可以想象，無論是創建一個產品、一套生產體系，還是一座城市的數字孿生體，都將使其聚合各類數字化技術優點，形成具有強大的生命力、聰明、智能的生命體單。如果對產品群、生產線群和城市群建立數字孿生體群，將形成一個可智慧交換的、快速進化的數字社會（圖5）。
圖5.具有強大生命力、聰明、智能的數字孿生體
《黑客帝國》展現了一個數字孿生巔峰世界。這兒，人通過意識和數字孿生世界打交道，也讓人們開始懷疑今日世界的真實性！
《千星之城》展現了一個數字孿生巔峰城市。這兒，看似虛空，卻藏著萬千星球，看似荒漠，卻藏著無窮城市。這不禁讓人發問：歷史還是不是時間的產物，結構還是不是需要在空間存在。
《安德的游戲》展現了一個數字孿生巔峰戰場。未來戰場，凱旋的將軍，也許是一個孩童。這實在令人揪心，但又自憐于我輩在進化天規下的無能為力。
《阿凡達》為我們展現了一個天然共智的神秘星球，這或許是星球的最高形態。我們藍色星球能否如此尚不得而知，但數字孿生體已經讓共智上路。
來源：踏雪當歌
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