数字孪生的深渊

受Early Mission网站《The Mathematics Trench（数学的深渊）》长图的启发，想试着做一个《The Digital Twin Trench（数字孪生的深渊）》长图，种了好久的草，今天决定拔草了。

数字孪生是指现实世界的产品和事物，在数字世界的版本。从易到难，从简单到复杂，本文整理了与数字孪生相关的技术和词汇，以深渊图的形式，以三分严肃，七分娱乐的态度，来切一切数字孪生的瓜。先发个第一版，准备等朋友们拍完砖以后，再出个第二版。

先上长图，再给分析：

第1级：属于擦边球的数字孪生技术

Counting（计数）、Length（长度）、Width（宽度）、Height（高度）、Weight（重量）、Photo（照片）、Video（视频）、Paint（画像）、Specification（规格）、Parameter（参数）、Temperature（温度）

或许你会说，这些也太简单了吧？能算数字孪生吗？某种程度上来说，可以算。可以说广义的数字孪生技术、泛数字孪生技术等等。比如工厂零部件的库存数量、每一个零件的规格和参数等等。

医院监测患者的各种基本参数，包括每分钟心跳次数、体温、血压等等，可以定期或持续监测，来作为患者的数字孪生。

我们假定给某个人A拍视频，从A出生开始，一直到A生命的结束，完整的视频资料，也是将人A数字化的一种手段，得到的视频，也是人A在数字世界的一个版本。

试想按照一部1080P的电影2小时1.6GB左右的高清视频，一天需要19GB左右，一年需要7TB，一生按100岁算，也就是700TB，还不到1PB的数据。这就是说人生只不过是一个P。。。B的视频而已。

结论：计数、规格、参数是可以算数字孪生擦边球的。谁说参数不能是科技？

第2级：比较完整的规格和参数构成的数据孪生

CMM（三坐标测量仪）、Sensor（传感器）、Laser Scanning（激光扫描）、Point Cloud（点云）、Edge Computing（边缘计算）、PatientMedical Record（患者病历）、2D Drawing（二维图纸）

能够精准地测量产品的各种几何参数，能够获取设备的各种参数输出，具备这些能力的公司，已经能够拍拍胸脯，自信地说，我们是拥有数字孪生技术的公司了。

第3级：一般的几何造型技术

Solid Modeling （实体造型）、Coordinate（坐标）、Polygon（多边形）、Chamfer（倒角）、Tolerance（公差）、Assembly（装配）、Constraint（约束）、Virtual Reality（虚拟现实）

能对产品进行几何建模，至少也是大专毕业的设计工程师了。先解决所见即所得的问题，戴上VR眼镜，沉浸一下。

第4级：高级的数据孪生技术

IoT（物联网）、IIoT（工业互联网）、High Throughput（高通量）、High Reliability（高可靠性）、5G、Machine Learning（机器学习）、Probability and Statistics（概率统计）、Posture Recognition（姿态识别）、Augmented Reality（增强现实）、Mixed Reality（混合现实）

通过各种传感和测量手段获得产品、设备、工厂的数据，基于数据进行挖掘、分析和预测，无需知晓产品、产线本身的Knowledge and Know-how，就先放在第4级，如果以从事IoT、IIoT的公司的数量来看，进入这一级别的门槛并不高。当然，数据分析的算法本身也可能非常有深度。

第5级：高级的几何造型技术

Surface Modeling（曲面造型）、Digital Mockup（数字样机）、Super Large Assembly（超大装配技术）、Point Cloud 3D Reconstruction（基于扫描点云的三维重建）、2D to 3D（基于二维图的三维重建）、Lighting（灯光）、Texturing（材质贴图）等。

比较高级一些的几何造型技术，也是很有技术含量的。举个简单的例子，汽车的A级曲面，能做到的公司就寥寥无几了。

第6级：多学科多专业的虚拟孪生技术

CAE（计算机辅助工程）、MBSE（基于模型的系统工程）、Multi-Physics（多物理场）、Structural Mechanics（结构力学）、CFD（计算流体力学）、Thermodynamics（热力学）、Acoustics（声学）、Electromagnetism（电磁学）、Optics（光学）、Multi-Body Dynamics （多体动力学）、Biology（生物学）、Chemistry（化学）、Biochemistry（生物化学）、Geophysics（地球物理学）、Control Theory（控制理论）。

搞CAE的，工科的博士居多。

第7级：全生命周期的虚拟孪生技术

PLM（产品全生命周期）、BLM（建筑生命周期技术）、ALM（资产生命周期）、BIM（建筑信息模型）、Virtual Commissioning（虚拟联调）

除了产品本身的数字孪生，在产品制造的环节，要建立工厂的数字孪生，甚至物流的数字孪生；维护阶段，有维护维修的数字孪生。虚拟世界和现实世界在这一级别实现融合，从虚拟世界操控现实世界，现实世界的变化更新到虚拟世界。

第8级：认知增强的虚拟孪生技术

Cognitive Augmented Design（认知增强设计）、Super Large Design Variants Optimal Tradeoff（超大设计变量优化平衡）、Car Level AI Generative Design（整车级人工智能创成式设计）、AI Designed Metamorphosis Robots Factory（人工智能机器人自组织工厂）、AI City Planner（人工智能城市规划）

当虚拟孪生遇到人工智能，碰撞出各种火花。设计师的一般工作被人工智能取代。

第9级：超大规模的数字孪生

Digital Twin of Industrial Chain（产业链数字孪生）、City Twin（数字孪生城市）、State Twin（国家的数字孪生）、Ocean Twin（数字孪生海洋）、Global Brain（全球脑）、Digital Twin of Planet（星球的数字孪生）

规模超大，不管是建模还是数据分析，都需要技术的进阶。

第10级：微观世界的数字孪生

Digital Twin of Virus（病毒的数字孪生）、Digital Twin of Protein（蛋白质的数字孪生）、Digital Twin of Molecules （分子的数字孪生）、Digital Twin of Particles（粒子的数字孪生）、Digital Twin of Chemical Reaction（化学反应的数字孪生）

微观世界比宏观世界具有更深的难度。

第11级：逼真的虚拟孪生体验

3DEXPERIENCE Twin（三维体验孪生）、Industry Experience（行业体验）

站在巨人的肩膀上，基于体验创建数字孪生、交付数字孪生，保障虚拟世界的体验和真实世界的体验的一致性。

第12级：生命的数字孪生

Virtual Twin Experience of Humans（人体的虚拟孪生体验）、Digital Twin of Human Mind（人类思维的数字孪生）、Digital Twin of Earth Ecosystem（生态圈的虚拟孪生）、Virtual full field sense（全域感官虚拟）、Digital Soul（数字灵魂）

从无生命的数字孪生到有生命体的数字孪生，地球上现有的物种加起来也就8,700,000种，把还没有发现的物种都加起来，科学家预测有一万亿种。但物种的可能性却是无限的。未来我们将可以在电脑中创造出地球上没有的物种。

了解人类自身，从物理本体到思维本体，建立人类的思维的数字孪生。如果你的朋友A创建了一个他的数字孪生B，A和B创建了微信账号，你跟A和B对话，他们都反应没有区别，你还能分辨出哪个是本体吗？

第13级：再造宇宙

Digital Twin of Universe（宇宙的数字孪生）、Virtual Live（虚拟生命）

只有上帝，造物主才具备的能力。

很多咨询机构和专家也在考虑类似的问题，比如IDC将数字孪生成熟度定义为数字可视化（Digital Visualization）、数字化研发（Digital Development）、企业的数字孪生（Digital Twin Enterprise）、生态圈的数字孪生（Digital Twin Ecosystem）、数字孪生协奏曲（Digital Twin Orchestration）五个层级。

IBM则从认知的角度，定义了数字孪生的成熟度模型：Analog,Manual（模拟，手动）、Digitized Predictive（数字化预测）、Automated Learning（自动学习）、Reasoning Autonomous（推理自主）、Self-Correcting（自校正）。

IOT Analysis的Padraig Scully在其年度报告《数字孪生技术的250个分类》中，将Digital Twins分为 3个主要维度：6个应用层次级别、6个生命周期阶段、7种常见使用用途，组合为252种数字孪生应用。

建筑行业使用LOD（Level of Detail）来表达模型详细等级，LOD 100（方案设计阶段）、LOD 200（初步设计阶段）、LOD 300（施工图设计阶段）、LOD 400（施工阶段）、LOD 500（竣工提交阶段）。查了很多资料，发现专家讲LOD的时候，经常戏精附体。

图：戏精们讲述LOD

达索系统结合自身发展，回顾了人体虚拟孪生体验的发展史，从3D设计、3D数字样机、3D产品生命周期管理、三维体验平台，到2020年提出人体虚拟孪生体验。

《升华洞察》将其总结为，几何孪生、多学科多专业数字孪生、产品全生命周期数字孪生、三维体验数字孪生、生命的数字孪生5个阶段。

《升华洞察》在《数字双胞胎的七级像》文中也定义了这七级像分别是：局部像，外观像，参数像，反馈像，经历像，体验像，矩阵像。

何为局部像？举一个测量仪的例子。用测量仪测量了一个零件的长度，记录下来，在电脑里面形成了一个数据。这就是局部像。

何为外观像？体现在数字映射上，这个要求就比局部像高多了。至少长宽高，几何形状参数得像才行。这个级别的数字映射，是用得最广泛的，基本上有三维造型能力的软件厂商都有能力做到外观像。在这个级别，我们就可以实现碰撞检测，消除错、漏、碰、缺了。对几何参数的测量，可以使用数字模型来取代实物模型。

何为参数像？除了几何外观等价之外，在物理世界可测量的参数，都实时表达在数字世界的映射体上，比如温度、湿度、粗糙度等等。在这个级别，通常我们可以实现实时监控，比如在监控室查看数字模型，以及显示在数字模型之上的参数，就可以对物理世界的锅炉，物理世界的发电站进行监控了。

何为反馈像？就是在现实世界中，我们对一个产品，或者一个设备，甚至人体，施加一种影响，或者给一种输入，或者做一个动作，这个产品，或者设备，或者人体会做出一个反应，这种反馈机制在现实世界中是什么样子，在数字世界的孪生体是等价的。比如对汽车的数字双胞胎做一个碰撞试验，获得的结果，与物理世界的碰撞实验的结果是一致的。再比如达索系统的活体心脏项目（Living Heart Project），根据人体的MRI重塑的数字化心脏，医生在数字化心脏上进行模拟手术，数字化心脏所作出的反馈和真实的人体心脏的反馈一致。

何为经历像？我们除了关心产品最终的状态，我们还会关心整个产品生命周期中，从市场需求开始，到产品的概念设计，详细设计，仿真验证，产品制造工艺和制造运营管理，质量检测，产品使用，维护维修，产品退市等各个环节。理想状态是单一数据源，在单一的数字孪生上，基于模型去实现整个产品生命周期各个环节的数字连续和数字驱动。

何为体验像？追本溯源，企业开发一个产品的目的，就是为了给他的最终消费者，带来最极致的体验，由消费者买单，才能产生利润。这就要求我们能基于这个数字孪生，实现体验的定义，体验的验证和体验的交付。这个时候我们就要把产品使用的环境、上下文都要考虑进来，也就意味着，除了数字孪生本身，我们还要打造一个数字世界。

何为矩阵像？这个级别的数字孪生，目前只存在于科幻小说中，《The Matrix (1999)》，又翻译做《黑客帝国》所描绘的场景。正如特斯拉CEO伊隆·马斯克所言，“我们生活的世界是真实世界的概率只有十亿分之一。”如果的确存在很多足够先进的文明，而且他们有能力模拟整个或部分宇宙，那么我们几乎肯定生活在一个模拟世界中。

（本文在这里结束）