進化是生命的基本特征

在《數字孿生體是個生命體》一文中指出，數字孿生體是一個具有思維能力的生命體。生命的一個基本特征就是進化，圖1展示的完整生命體模型不應該是一步到位，而應逐步進化而成。

圖1.數字孿生體系框架

數字孿生體進化規律

我們把數字孿生體的進化過程，稱為數字孿生體成熟度模型，即一個數字孿生體的生長發育將經歷數化、互動、先知、先覺和共智等幾個過程，如圖2所示。

圖2.數字孿生體成熟度模型

1. 數化

“數化”是對物理世界數字化的過程。這個過程需要將物理對象表達為計算機和網絡所能識別的數字模型。建模技術是數化的核心技術，譬如測繪掃描、幾何建模、網格建模、系統建模、流程建模、組織建模等技術。

2. 互動

“互動”主要是指物理對象和數字對象之間的實時動態互動。物聯網是實現虛實之間互動的核心技術。利用物聯網，物理世界的狀態可以被計算機和網絡所感知、識別和分析，這些狀態包括位置、屬性和性能等。數字世界的責任之一是預測和優化，同時根據優化結果干預物理世界，所以需要將指令傳遞到物理世界。物理世界的新狀態需要實時傳導到數字世界，作為數字世界的新初始值和新邊界條件。

3. 先知

“先知”是指利用仿真技術對物理世界的動態預測。這需要數字對象不僅表達物理世界的幾何形狀，更需要在數字模型中融入物理規律和機理。仿真技術不僅建立物理對象的數字化模型，還要根據當前狀態，通過物理學規律和機理來計算、分析和預測物理對象的未來狀態。這種仿真不是對一個階段或一種現象的仿真，應是全周期和全領域的實時仿真。

4. 先覺

如果說“先知”是依據物理對象的確定規律和完整機理來預測數字孿生體的未來，那“先覺”就是依據不完整的信息和不明確的機理通過工業大數據和人工智能技術來預感未來。如果要求數字孿生體越來越智能和智慧，就不應局限于人類對物理世界的確定性知識。其實人類本身就不是完全依賴確定性知識而領悟世界的。

5. 共智

“共智”是通過云計算技術實現不同數字孿生體之間的智慧交換和共享，其隱含的前提是單個數字孿生體內部各構件的智慧首先是共享的。所謂單個數字孿生體是人為定義的范圍，多個數字孿生單體可以通過“共智”形成更大和更高層次的數字孿生體，這個數量和層次可以是無限的。數字線程技術是共智的另一項核心技術。物理對象在生命周期的不同階段具有不同的數字化模型，這些模型之間的關聯需要通過數字線程來實現。

總之，數字孿生體系的成熟度模型反映了生物進化、個體成長以及社會發展規律。數字孿生體不僅僅是物理世界的鏡像，也要接受物理世界實時信息，更要反過來實時驅動物理世界，最終形成可以互相共享智慧的數字孿生體社會。

數字孿生體成熟各級別關鍵特征、核心技術和生命特征總結如表1所示。

表1. 數字孿生體成熟度特征、核心技術和生命體特征

生命孕育與服役成長

數字孿生體是物理對象的數字化表達和虛擬鏡像，這種物理對象可能是設備、產線、車間、工廠、企業、人群、城市、戰場、物流、交通、電網、商業、流程等。這些對象都包含研發、制造、供應、運維等過程。這幾個過程中，因為物理對象的完備度不同，導致數字孿生體的適用性也不同。

1、孕育形成生命

物理對象的研發與制造是數字孿生體的孕育過程，其本質是通過前置數字體提前優化未來物理對象，不是終極產品的孿生體，最多是試驗對象的孿生體，是終極產品孿生體的前身或原型。從數字孿生體的成熟度要素來看，研發和制造階段的“數字孿生體”有完整的數化和非實時先知能力，缺乏互動、先覺能力，具有可以與前代產品的數字孿生體共智獲得優化設計的能力，但無法在真實運行環境中與其他數字孿生體實時共智。前置數字體往往不能作為未來運維過程的數字孿生體，但可以為運維數字孿生體的建立提供指導，也可以為物理世界的傳感器配置提供指導。

2、服役實現成長

供應與運維過程中，物理對象已經完全具備，其數字孿生體也可以完整建造，具備數字孿生體的所有要素和特性，并可以實現交互、先知、先覺乃至共智，并可自我進化，還可通過數字孿生體實時優化物理對象的運行（圖4）。此時的數字孿生體是個全職服役的孿生體，因此，物理對象的供應和運維過程才是數字孿生體的主戰場。孿生體也在服役過程實現持續成長：在實時仿真中修正機理，在實時數據中發現新規律。

圖4.數字孿生運維示意圖

生命體將持續進化

生命體是在“物競天擇，適者生存”法則之下經過長期進化而來的系統，在完備性方面往往高于人造系統，在經濟性方面優于人造系統。因此，用生命體作為一個人造系統的終極發展目標是一個合理的選擇。

進化法則讓所有生物都不會停留在簡單體，而是會越來越復雜，也會越來越精密。在數字化時代，人們身邊不停出現各種新型數字化技術，紛繁復雜，你方唱罷我登場，讓人迷失在眾多概念和技術中。面對如此之多的數字化技術，如果盲目引入，企業會變成數字化世界的令狐沖。但讓他們很好地理清這些數字化技術并協同起來，又實在是要求太高了。

數字孿生生命體的出現將終結這一亂局，提供了解決這一問題的方案，是協調各個組織和器官的最高級形態。任何新的或者舊的數字化技術都是構成數字孿生體的一個構件，且是階段性的。今后，不論出現何種數字化單項技術，都應該是數字孿生體這個生命體的一個器官甚至是細胞。我們需要做的事情是，將這些新出現的單項技術安放在數字孿生體生命框架的正確位置，不僅能讓這些技術更好地為我們服務，也可解決我們的困惑，讓我們平靜地與這些技術和諧相處。

當然，任何一種單項技術都會向著自成體系的方向努力發展，所以，數字孿生體所需的通常不會是某個單項技術體系的全部，應該是其核心要素。當前，數字孿生體作為新生事物，新近開始工程化應用，對當前構成這個生命體的各個器官的整合方式是設備級的集成。但隨著我們對它的認識越來越深入，這些器官的融合肯定會走向原子級別，只取用這些器官中對數字孿生體有用的部分。這些有用部分之間的結合不會像現在這樣通過宏觀接口來實現，而是通過微觀茸毛來融合，使得數字孿生體的整體性和生命力都要更強！

審核編輯 ：李倩