课程三 | 数字孪生化的工程方法

数字孪生化（Digital Twinning）是数字孪生体三大关键技术之一，它也是有别于其他技术概念的特征。由于建立了物理世界与数字空间的交互机制，大大简化了大家认识复杂系统的负担和难度，有助于推进数字化转型工作。

关于数字孪生化的理论体系，本人在《数字孪生体：第四次工业革命的通用目的技术》一书中做了详细介绍。从部分读者反馈回来的信息来看，数字孪生化涉及到不少工程技术，认识起来有一定难度，需要做更进一步的阐释。

工业4.0研究院认为，数字孪生体关键技术分为三类，分别为数字孪生化、数字线程和数字孪生体平台，其中，数字孪生化是数字孪生体应用的基本特征。数字孪生化分为5个等级，根据不同等级的核心技术不同，还可以把5个等级简化为3大类，分别为初级数字孪生化、中级数字孪生化和高级数字孪生化。

DTL 1：第一级数字孪生化以建立几何模型为工程应用目标，通常要求达到的效果为“可视化”，典型的应用为“数字孪生资产管理”

DTL 2：第二级数字孪生化希望实现数据描述（或驱动）的仿真效果，这是诸多仿真软件企业希望突破的地方，但目前还没有有竞争力的厂商出现

DTL 3：第三级数字孪生化的目标是考虑多数据源的融合，特别是从体系（SoS，Systems of Systems）视角，不仅仅考虑单个系统的数据源

DTL 4：第四级数字孪生化能实现持续的数据交互效果，从而使得DARPA马赛克作战（Mosaic Warfare）或NASA火星2033计划得以实现

DTL 5：第五级数字孪生化的关键指标是“数据自动化”，通过各个数字孪生体之间的数据交换、流动和分享，最终实现“自主孪生”的目标

我们接下来可以看看初级孪生化、科学孪生化和自动孪生化三大类的应用情况。

初级数字孪生化还处于萌芽中，需要解决的痛点是低成本化和数据压缩等，目前在该领域的玩家主要是韩国和日本的公司，国内相关创新和创业公司非常少，工业4.0研究院下属翼络数字公司在做一些技术研发上的积累。

科学孪生化是传统仿真企业的“战场”，如果它们可以开发出成本合理、计算能力较强的数字孪生化工具，那么它们未来将成为仿真派的赢家。

在仿真领域，降阶建模方法（ROM，Reduced-Order Modeling）成为研究和工具化的重点，全球领先的仿真企业都在加大相关商业化工具解决方案。中国国内虽然也有部分企业提供相关工具，但总体缺乏前瞻意识，难以跟最新概念体系结合，对客户的未来需求把握不准。

在第三堂课中，本人介绍了ROM和DDDAS数字孪生化方法，前者显然是仿真企业关注的重点，后者则更有发展潜力。借助DDDAS推进实现数字孪生化，能够以接近实时模拟（不是“仿真”）作战情况，做出所需要的指挥与控制（C&C，Command & Control）。

开发具有动态孪生能力的设备或系统，这是未来动态作战或工程的基本要求。

DARPA的“地下挑战赛”需要借助Gazebo数字孪生体平台，加上数字孪生模型库提供的各种模型，供参赛团队构建一个体系，实现闯关隧道（Tunnel）、城市（Urban）和岩洞（Cave）三大场景的任务。

有兴趣进一步了解该课程的相关资料，可以到数字孪生体课堂上查看。

最后推荐大家观看《火星时代》（MARS）（在腾讯视频有一、二季）。

作者：胡权，工业4.0研究院院长，数字孪生体联盟理事长