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(guī)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(fā)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(tǒng)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(tài)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(tài)可以被計算機和網絡所感知、識別和分析，這些狀態(tài)包括位置、屬性和性能等。數字世界的責任之一是預測和優(yōu)化，同時根據優(yōu)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(tài)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(tài)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(guī)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(tài)，通過物理學規(guī)律和機理來計算、分析和預測物理對象的未來狀態(tài)。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(guī)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(yè)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(fā)展規(guī)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(yè)、人群、城市、戰(zhàn)場、物流、交通、電網、商業(yè)、流程等。這些對象都包含研發(fā)、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(fā)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(yōu)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(fā)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(yōu)化設計的能力，但無法在真實運行環(huán)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(yōu)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(zhàn)場。孿生體也在服役過程實現持續(xù)成長：在實時仿真中修正機理，在實時數據中發(fā)現新規(guī)律。

圖4.數字孿生運維示意圖

生命體將持續(xù)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(tǒng)，在完備性方面往往高于人造系統(tǒng)，在經濟性方面優(yōu)于人造系統(tǒng)。因此，用生命體作為一個人造系統(tǒng)的終極發(fā)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(yè)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(xié)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(xié)調各個組織和器官的最高級形態(tài)。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(fā)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