“数字孪生”概念辨析

导读

INTRODUCTION

最近这些年在数字化转型浪潮中,“数字孪生”这个词很流行。这个词本来是来自智能制造、产品生命周期管理这些领域,属于西门子、达索、PTC以及曾经的GE等这类公司的专用词,可能因为这个词听起来确实很生动,现在经常被用在其他场合下......

文章信息

本文作者:陈果George。波士顿咨询公司(BCG)Platinion董事总经理,BCG全球DDP核心领导团队成员,企业解决方案亚太区负责人;负责企业数字化转型的架构规划和数字产品设计。

例如我前段时间听有个企业领导说要做个“人力资源管理的数字孪生”,要给每个员工建立一个数据档案,包括能力、绩效、履历、项目经验、性格等等,想查啥查啥,一目了然,他把这个叫“数字孪生”—— 实际上,这位老板的需求就是“数字化”。

 

“数字化”和“数字孪生”是有概念差别的,我认为把“物理世界”映射到“数字世界”,叫“数字化”,但是并不是“数字孪生”的意思。数字孪生的本意是物理世界的多个状态(例如概念原型、订单配置、生产过程、安装实例等等)的数字化伴生,所以,数字孪生是有表达维度(物理和数字)和时空维度(生命周期状态)两方面含义的。

 

Digital Twin is a set of virtual information constructs that fully describes a potential or actual physical manufactured product from the micro atomic level to the macro geometrical level. At its optimum, any information that could be obtained from inspecting a physical manufactured product can be obtained from its Digital Twin.

 

从文献上可以找到最早关于“数字孪生”的概念表述来自于21世纪初学术界对于PLM理论的探讨当时产品生命周期(PLM)这个概念刚刚出现。下图是2001年时,密歇根大学教授Dr. Grieves对PLM的解释,里面包含了今天“数字孪生”的主要概念:

 

  • 物理空间的数据传到虚拟空间
  • 虚拟空间处理数据形成信息/过程,反馈给物理空间
  • 虚拟空间存在多种状态变式
 
2001年时我在惠普做PLM实施项目,惠普团队的方法论非常强调“配置管理”(configuration management)流程在产品生命周期管理中的应用,以及产品生命周期不同阶段(As-designed,as-planned, as-built, as-maintained 等)的部件、文档、产品结构等信息对象的内容、基线和变更控制,这些复杂的时间和空间的数字化对象,需要强大的信息技术平台来管理。
 
这个概念模型最初被提出时被Grieves教授称为空间映像模型(Mirrored Spaces Model),在2005年前后被PLM理论界广泛引用,在学术期刊上后来也被称为“信息映像模型”(Information Mirroring Model),到2011年,在Grieves教授跟他人合著的一篇学术论文里,出现了Digital Twin这个词,于此同时,美国航空航天局NASA用这个词来描述航天飞机的物理模型的数字化仿真。由于这个名词表现更生动,后来就被PLM软件厂商在营销中借用过去了。
 
这时候定义的“数字孪生”概念包含了三层意思:
 
  1. 物理对象、过程和环境
  2. 物理对象、过程和环境的数字化表达
  3. 上述二者之间信息流和数据的通信连接,连接方式就是传感器和工业自动化,而这些通信连接也称为“数字化主线”(digital threads)
以西门子工业软件为例,从2007年后,在业务战略上它将PLM软件和工业自动化融为一体,即现实世界的数字化方案是自动化,虚拟世界的数字化方案是PLM软件,虚拟和现实加起来叫“数字孪生”。所以“数字孪生”的“孪生”,并不是指一个“物理”,一个“数字”,而是“现实数字化”和“虚拟数字化”两个并行的数字化。
 
 
总而言之,“数字孪生”是智能制造领域内的特定术语,它和PLM软件、工业自动化、传感器、工业互联网、人工智能等工业领域内的数字化分不开,应用场景包括汽车、机械、医疗设备、航空航天等制造,以及和复杂制造类似的数字化领域,诸如城市规划、建筑、交通等。

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THE END