?數(shù)字孿生，這一目前炙手可熱的概念，實(shí)際上距離它的提出已有20年之久；距離它的萌芽，已過去了50年。籍籍無名的它，在無人問津的黑暗角落蟄伏了太久。那么，數(shù)字孿生從提出到爆發(fā)這段時間，到底經(jīng)歷了什么？

本期，我們就來聊聊這個數(shù)字孿生的起源。 

 阿波羅13號驚魂

多年以后，當(dāng)吉姆·洛弗爾回想起那次在阿波羅13號載人登月飛船上遭遇的事故時，依然心有余悸。當(dāng)時火箭已經(jīng)起飛近56小時，距離地球約33萬公里，正搭載著阿波羅13號向月球飛馳而去。一切似乎都在正軌上完美運(yùn)轉(zhuǎn)。

?△ 阿波羅13號，圖片來源：維基百科

忽然，包括吉姆·洛弗爾在內(nèi)的3名宇航員的耳邊響起了巨大的爆炸聲，隨之駕駛艙被告警燈照亮，刺耳的報(bào)警聲響起。

△ 包括吉姆·洛弗爾的三名宇航員，圖片來源：維基百科?

事后查明，這是阿波羅13號生活艙中的一個氧氣罐發(fā)生了爆炸，嚴(yán)重地?fù)p壞了主推進(jìn)器，對宇航員們的生命至關(guān)重要的氧氣，也正在向太空之中泄漏。遭此變故，登月顯然是不可能了。此時，數(shù)千名NASA（美國國家航空航天局）地面支持人員在之后3天半時間里夜以繼日工作的唯一目標(biāo)，就是讓飛船上的三名宇航員安全回家。

△ NASA的后臺控制中心，圖片來源：維基百科?

這無疑是一個非常巨大的挑戰(zhàn)。值得慶幸的是，NASA最終挽狂瀾于既倒，成功地完成了任務(wù)，讓吉姆·洛弗爾和他的同事們在危機(jī)四伏中毫發(fā)無損地走出了飛船。這一讓人興奮的“奇跡”，到底是怎么做到的呢？原來，與阿波羅13本體一同完成的，還有一套極其完整、高精度的模擬仿真系統(tǒng)。這套由多臺計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)組成的龐大系統(tǒng)包含了阿波羅13號的所有核心部件，以及用于培訓(xùn)宇航員和任務(wù)控制人員所用到的全部任務(wù)操作，自然也涵蓋了多種故障場景的處理流程。

△ 圖片前部的是登月艙模擬器，后部的是指令艙模擬器  圖片來自NASANASA

通過和吉姆·洛弗爾及其他宇航員的通信，了解了飛船上哪些系統(tǒng)正常工作，哪些系統(tǒng)已經(jīng)故障之后，制定了一個大膽而周密的返航方案。

該方案沒有任何人實(shí)踐過，但卻必須確保萬無一失，任何的意外都意味著災(zāi)難的發(fā)生。NASA將阿波羅13號當(dāng)前的配置狀態(tài)，按質(zhì)量、重心、推力等參數(shù)輸入模擬器，再安排后備宇航員在模擬器上進(jìn)行操作演練，對每一個操作步驟的可行性進(jìn)行了充分的驗(yàn)證。

剩下的工作驚險而枯燥，就是宇航員們嚴(yán)格按照在模擬器上驗(yàn)證后形成的操作指令清單來執(zhí)行。果然，他們最終成功地回到了地球表面。

△ 阿波羅13飛行路線圖，圖片來源：維基百科

?毫無疑問，造就了本次輝煌成功的頭號功臣，就是那套位于地面機(jī)房內(nèi)，卻極其完整、高精度地復(fù)刻了阿波羅13號的模擬器。

多年后，它將會擁有一個更為響亮的名號：數(shù)字孿生。

2010年，NASA在其發(fā)布的《建模、仿真、信息技術(shù)和處理路線圖》中，正式提出了數(shù)字孿生的概念：

△ 數(shù)字孿生的最初定義，來源：NASA 《Modelling SimulationInformation Technology & Processing Roadmap ：TechnologyArea 11》

“數(shù)字孿生，是一種集成化的多種物理量、多種空間尺度的運(yùn)載工具或系統(tǒng)的仿真，該仿真使用了當(dāng)前最為有效的物理模型、傳感器數(shù)據(jù)的更新、飛行的歷史等等，來鏡像出其對應(yīng)的飛行當(dāng)中孿生對象的生存狀態(tài)?！?/p>

如此看來，最早明確提出“數(shù)字孿生”這一概念的，應(yīng)該是非NASA莫屬了。   

數(shù)字孿生的發(fā)明者之爭

然而，現(xiàn)實(shí)就是如此的吊詭，目前大多數(shù)文章在追溯數(shù)字孿生的起源時，都會提到美國的Michael Grieves（邁克爾·格里夫斯）博士。

△ Michael Grieves（邁克爾·格里夫斯）博士，圖片來源：網(wǎng)絡(luò)

?這到底是怎么回事呢？

讓我們把時間倒回到2016年。這一年，克爾·格里夫斯博士發(fā)表了一篇叫做《數(shù)字孿生：減輕復(fù)雜系統(tǒng)不可預(yù)測、不期望結(jié)果出現(xiàn)的行為》的文章，對數(shù)字孿生的類型和作用進(jìn)行了抽象而清晰的描述。

此外，該文章里還寫道，他在2011年一本書中，就已經(jīng)明確提及到了“數(shù)字孿生”，雖然當(dāng)時這些字眼僅僅是對數(shù)字孿生的前身“信息鏡像模型”的描述。

按克爾·格里夫斯博士后來的說法，他早在2002年針對產(chǎn)品生命周期管理（PLM）的一次演講中，提到的現(xiàn)實(shí)空間和虛擬空間的映射關(guān)系，已經(jīng)具備數(shù)字孿生的所有要素。

△ 數(shù)字孿生概念的早期模型，圖片來源：維基百科

?好家伙，直接把數(shù)字孿生這一概念的提出時間提前了近十年。這也是業(yè)界普遍流傳Michael Grieves博士為數(shù)字孿生概念提出者的原因。盡管存在諸多爭議，但從Michael Grieves博士在2006年、2011年、2014年、2016年陸續(xù)發(fā)表的諸多文章來看，他提出的產(chǎn)品生命周期管理、信息鏡像模型、以及后面對數(shù)字孿生的闡述，都在客觀上奠定了數(shù)字孿生的思想和理論基礎(chǔ)。其實(shí)，如果我們愿意，數(shù)字孿生這一概念的起源還可以追溯得更早。在1991年，美國的David Gelernter就寫了一本叫做《鏡像世界》的書，里面已經(jīng)包含了數(shù)字孿生思想的萌芽。

△  David Gelernter，圖片來源：維基百科?

在2004年，中國科研人員王飛躍也發(fā)表了一篇名為《平行系統(tǒng)方法與復(fù)雜系統(tǒng)的管理和控制》的文章，其中提出了平行系統(tǒng)的概念，這也已經(jīng)和數(shù)字孿生非常接近了。

△  王飛躍，圖片來源：網(wǎng)絡(luò)8類。

所以，我們不必刻意追究誰到底是數(shù)字孿生概念的發(fā)明者，關(guān)注這一技術(shù)方向可以在哪些領(lǐng)域得以應(yīng)用，能給我們的生活帶來什么樣改變無疑是更有意義的。   

 數(shù)字孿生概念的普及

數(shù)字孿生本質(zhì)上并不是一種技術(shù)，而是一種解決復(fù)雜問題的方法論：在一個設(shè)備或系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，創(chuàng)造一個數(shù)字版的“克隆體”；該克隆體是“本體”的高精度模擬，并可實(shí)時和“本體”保持?jǐn)?shù)據(jù)同步；因此，任何要在本體上進(jìn)行的操作，都可以先在克隆體上進(jìn)行驗(yàn)證確保方案可行。

△  數(shù)字孿生在工業(yè)制造中的應(yīng)用，圖片來源：網(wǎng)絡(luò)?

也就是說，數(shù)字孿生的奧義，把“耐操”的克隆體作為實(shí)驗(yàn)對象來求取復(fù)雜問題的最優(yōu)解，從而避免不合理決策危及“脆弱”的本體。

從2017年起，Gartner將數(shù)字孿生列入其“超級周期”，這一概念隨之進(jìn)入大眾的視野，從此迎來了快速增長。

目前，數(shù)字孿生已在工業(yè)制造、智慧城市、基建工程等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用并不斷外溢，正不斷浸潤著我們的主業(yè)：通信行業(yè)。

至于數(shù)字孿生到底能在通信中發(fā)揮什么樣的作用，就讓我們下期再來討論吧。非常感謝大家能看到這里。?