第一天：为什么应关注“数字孪生维护”？

导读：作为“点肆100”计划的一部分，工业4.0研究院拟发布系列文章，谈谈“数字孪生维护”相关成果及解决方案。欢迎大家加入点肆公司（联系方式见文后），一起进入数字孪生工程世界。

在国内学术和产业界，数字孪生体（Digital Twin）概念的来源众说纷纭，工业4.0研究院认为，DARPA率先在2009年提出了数字孪生体概念。认识这一点非常重要，因为这涉及到数字孪生体的本质，即“数字孪生体解决什么根本问题”。

笔者在《数字孪生体》一书中表示，DARPA提出数字孪生体概念，是为了解决系统工程复杂性问题。简单讲，传统的系统工程甚至于基于模型的系统工程太复杂了，不便于大规模推广和应用。

回顾第三次工业革命可编程控制器（PLC，Programmable Logic Controller）的情况，如果不是因为引入简单易学的梯形图，哪里有那么多技术工人可以掌握？因此，简单易学的工程方法是任何理论体系得以广泛应用的前提之一。

当数字孪生体概念提出之后，美国空军研究实验室（AFRL，Air Force Research Laboratory）迅速组织了工程验证工作，并开展了“机身数字孪生体”（ADT，Airframe Digital Twin）的招标工作，这实际上就是全球第一个数字孪生工程项目。

不少行业人士不处于航空航天领域，对于航空设备的维护流程不熟悉，即便看到AFRL的资料，很可能难以理解其在数字孪生体发展过程中的重要意义和关键价值。事实上，ADT项目本质上就是数字孪生工程的起点。

通用电气（GE，General Electric）对此深有体会。

行业人士从2015年左右GE所讲的工业互联网故事中，应该对它提出的“资产性能管理”（APM，Asset Performance Management）非常熟悉，如果深究其技术原理，大家很容易发现GE受益于AFRL当时的ADT项目，GE、洛马和诺格等公司成为了ADT的参与方。

工业4.0研究院对ADT项目有一个总结：基于状态维护+结构完整性=机身数字孪生体（CBM+SI=ADT）。

如同各位所料，“CBM+”本来就是美国国防部的一个计划，有点类似我国前些年提的“互联网+”，后来进一步演进为“互联网+先进制造业=工业互联网”了。

按照美国国防部的想法，“CBM+"本身是为了解决“飞机结构完整性项目”（ASIP，Aircraft Structural Integrity Program），这是一个有60年历史的故事。简单讲，飞机出事情大部分是因为结构故障，保证飞机不在空中出问题，就成为所有做维护的工作人员的梦想。

为了保障飞机在空中不出问题，那就要在地面多做工作。按照飞机维护的规定，通常会定时进行部分或全部检测，发现问题就维修，没有问题也要保养。这跟工业领域保养设备是一个道理，只是固定在厂房内的设备保养不够通常不会出现机毁人亡的事故，飞机必须保证100%的不会出现灾难性事故，毕竟人的命更重要。

因此，飞机的维护工作以高冗余度著称，毕竟多做保养总是不会错。然而这就导致飞机的维护成本非常高，甚至于比购买飞机的费用还要高得多。如果有一种方法，既可以降低保养费用，又不会降低飞机的可用性，那么投入资源开展研发是合算的。

2008年西方国家出现了金融危机，投入到新装备的费用增长有限，那么向传统装备找机会就成为一个可行的选项。通过ASIP延长装备的寿命，成为航空界时髦的工程，数字孪生体和ADT就是在这样的背景下产生的。

从ADT要解决的问题来看，数字孪生体第一个应用场景就是“维护”，工业4.0研究院称之为“数字孪生维护”（DTM，Digital Twin Maintenance），并研发了一套方法、流程和工具（MPT，Methods，Processes，Tools），以降低维护工作开展的难度。

自此之后，数字孪生体进入了航空工程领域，其巨大的成功推动了美国国防部数字工程的发展，最终成为推动美军数字化转型的动力之一。

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作者：胡权，工业4.0研究院院长，北京点肆数字技术有限公司负责人

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