1.2 數(shù)字孿生的基本定義

2002年，邁克爾·格里夫斯（Michael Grieves）博士在美國(guó)密歇根大學(xué)舉行的一個(gè)學(xué)術(shù)會(huì)議上做了一場(chǎng)名為Conceptual Ideal for PLM（產(chǎn)品生命周期的概念構(gòu)想）的報(bào)告。這個(gè)報(bào)告介紹了PLM，闡述了在產(chǎn)品的生命周期開(kāi)始階段，產(chǎn)品以虛擬形態(tài)呈現(xiàn)；之后，在生產(chǎn)階段，產(chǎn)品以物理形態(tài)呈現(xiàn)；然后產(chǎn)品進(jìn)入運(yùn)維階段，最終退役并被處理掉。這個(gè)報(bào)告還呈現(xiàn)了關(guān)于現(xiàn)實(shí)空間、虛擬空間、從現(xiàn)實(shí)空間到虛擬空間的數(shù)據(jù)流連接、從虛擬空間到現(xiàn)實(shí)空間的信息流連接，以及虛擬子空間的內(nèi)容，這些都是數(shù)字孿生的構(gòu)成要素。

邁克爾·格里夫斯博士是首位公開(kāi)介紹數(shù)字孿生要素的人。當(dāng)我們討論數(shù)字孿生的歷史時(shí)，可以注意到這個(gè)特定事件是數(shù)字孿生發(fā)展歷史上的一個(gè)重要里程碑，這個(gè)事件在本章后面介紹數(shù)字孿生的發(fā)展歷程時(shí)有更詳細(xì)的描述。

盡管近年來(lái)人們對(duì)于數(shù)字孿生的關(guān)注度有所增加，但是工業(yè)界和學(xué)術(shù)界對(duì)于數(shù)字孿生的定義仍未統(tǒng)一。

數(shù)字孿生的一個(gè)基本定義是：數(shù)字孿生指構(gòu)建一個(gè)精確的復(fù)制模型，這個(gè)模型是實(shí)體產(chǎn)品或?qū)ο蟮奶摂M映射，不僅外觀(guān)相似，行為亦然。該定義下，數(shù)字孿生模型包含三大要素：首先是實(shí)體對(duì)象，即現(xiàn)實(shí)世界中的實(shí)體產(chǎn)品；其次是虛擬對(duì)象，即數(shù)字世界中的虛擬產(chǎn)品；最后是連接，它作為信息和數(shù)據(jù)的橋梁，將實(shí)體與虛擬緊密相連。這些連接也被稱(chēng)作數(shù)據(jù)和信息流的鏈接，其中數(shù)據(jù)流從實(shí)體流向虛擬，而信息流則從虛擬流向現(xiàn)實(shí)或在虛擬空間內(nèi)部傳遞。

數(shù)字孿生的另一個(gè)基本定義是：數(shù)字孿生是現(xiàn)實(shí)世界中任何產(chǎn)品、系統(tǒng)或過(guò)程的數(shù)字化鏡像，它通過(guò)數(shù)字化手段精確復(fù)制這些實(shí)體的原型，并以數(shù)字形式再現(xiàn)它們?cè)诂F(xiàn)實(shí)世界中的表現(xiàn)。數(shù)字孿生與原型相鏈接并接收其數(shù)據(jù)，從而能夠?qū)崟r(shí)反映原型的變化。同時(shí)，數(shù)字孿生也囊括了被復(fù)制對(duì)象的所有細(xì)節(jié)。以產(chǎn)品數(shù)字孿生為例，它不僅復(fù)制了原型產(chǎn)品的細(xì)節(jié)，也復(fù)制了其性能。

從上述數(shù)字孿生的不同定義可以看出，數(shù)字孿生給人類(lèi)知識(shí)工具包中最強(qiáng)大的三個(gè)工具——概念化、比較和協(xié)作提供了有力的支撐。

● 概念化：僅需觀(guān)察數(shù)字孿生的模擬結(jié)果，人們即可洞察實(shí)體對(duì)象或產(chǎn)品的進(jìn)程狀態(tài)。這種方法比查閱工廠(chǎng)績(jī)效報(bào)告、模擬產(chǎn)品在不同工位間的流轉(zhuǎn)更為簡(jiǎn)捷，有助于預(yù)測(cè)實(shí)體對(duì)象的未來(lái)加工需求和特性。

● 比較：數(shù)字孿生不僅使人們能夠查看實(shí)體對(duì)象的理想特性值，還可觀(guān)察圍繞這些理想值的公差范圍和實(shí)際趨勢(shì)線(xiàn)，從而判斷各種產(chǎn)品的工作狀態(tài)是否符合預(yù)期。無(wú)論是正偏差還是負(fù)偏差，在公差結(jié)果不可接受之前，都可進(jìn)行調(diào)整。這使得人們能夠通過(guò)比較來(lái)為后續(xù)操作做出優(yōu)化。

● 協(xié)作：數(shù)字孿生模型的共享功能，能夠讓不同地點(diǎn)的多人以一致的方式查看相同的結(jié)果，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程協(xié)作。