最近数字孪生的概念开始火热起来,在众多相关会议和无数的网络文章持续轰炸下,其实大家很难知其所以然。那么数字孪生到底是什么?作为一个在数字孪生还没成主流前就已经从事相关开发的设计/工程师,今天来谈谈自己的看法。

我与数字孪生结缘是从2012年开始,当时还在哈佛求学,无意中接触到了WebGL(一种网页端的三维绘图协议),于是开始了哈佛大学设计学院的数字孪生之旅。

感兴趣的朋友可以看下这个视频。

这是我在哈佛大学的毕业设计,是一个基于哈佛大学设计学院的云端数字孪生平台。当时分别获得了杰出毕业设计,Digital Design Prize, 并入选了2013-14年度哈佛大学创新实验室。


 

大概在六年前,我在其描述里写下了Digital Twin,也就是数字孪生这个概念。

具体细节就不展开说了,视频里面展示得很全面。咱们说回到数字孪生。 
 


 


 

//

什么是数字孪生?

//

实际上数字孪生跟工业4.0,AI,大数据这些buzzword都没有特别强的直接联系。从最根本的概念上来说,数字孪生就是通过某种软件界面将已经被数字化,真实在运行的物体的实际情况在数字体上复现。我们提炼下关键词:真实运行中的物体,数字化,实际情况,复现。 
 

举个例子,我们可以理解Google Earth或者高德地图是数字孪生,因为他们是通过对真实在运行的地球进行数字化,将地球上发生的信息再定位回到数字体上,最终通过Google Earth或者高德APP呈现给我们每个人。当然,他的信息实效性有所不同,但这并不影响它们属于数字孪生这个范畴。

谷歌地球上有很多附着的POI 
 

从另一个角度来说,我们也可以认为一般的性能模拟软件都属于数字孪生的范畴,因为他们是在数字体里模拟被数字化的物体可能遇到的现实环境(比方说对于一栋楼宇的抗震性能模拟,一辆汽车的风阻模拟等等)只不过这个过程复现的可以是还没有发生的“实际情况”。

通过有限元分析,可以模拟地震情况下楼宇的坍塌情况


 

特斯拉Cybertruck的流体模拟界面

按照此方式类推,从地球,城市,建筑,到飞机坦克,生产线,甚至是我们的住所都可以用到数字孪生这种技术,它所能提供的价值很简单,就是为不在场的人提供一个可以随时随地透析场地情况的上帝视角去观察,管理,检测所孪生的物体,或者更进一步,与孪生物体进行互动。

再举个例子,假设一架战斗机上每个部件都有相应的传感器能感知到部件状况,那么在战斗机运行时,如果有某些部件出现问题,我们如何获知到底是哪个部件出了问题?仅仅通过语言描述肯定是行不通,给每个部件配置一个实体按键来进行手动控制?更不可行。

所以这时候如果此战斗机有了数字孪生,那么出问题的部件的信息机会通过传感器传回到终端,然后定位到战斗机的数字体上呈现给使用者,大大减少了沟通错误和操作失误。

这种计算机界面其实我们已经在各种科幻电影里面见了无数次了,比方说前段时间上映的电影<<太空旅客>>中飞船的全息数字孪生交互界面:

当然我们当下的技术还不足以做出如此惊艳的全息投影,但是将这样的数字孪生交互界面放进计算机端,还是完全可以实现的。 
 

讲完数字孪生的概念,接下来说说数字孪生背后的技术,重新回到刚才的关键词:真实运行中的物体,数字化,实际情况,复现。抛开真实物体,数字孪生的背后技术主要体现在这几个方面:数字化,实际情况,复现


 

01


 

先说“数字化”,其实这部分的发展已经成熟,无论从工业领域还是建筑领域,现代的绝大部分实体都需要通过CAD(注意,CAD包含3D, BIM的概念,并不仅仅代表二维图纸)数字化软件建模才可以加工生产制造。所以数字孪生的底子已经都在了。 
 

传统数字化软件交互界面


 

02


 

 

其次,“实际情况”,其实也就是对于实际情况的感知与定位。这里数字孪生与IOT,5G还是Edge computing边缘计算都有非常大的关系。所谓感知定位,无非就是在运行中的实体上面安装sensor来监控物体状况,然后再将状况信息传回到中枢。所以这里面就涉及到sensor的普及以及性价比,传输时的网络带宽问题,以及部分数据量过大的采集点需要机器首先做计算再上传的操作(边缘计算)。

03

最后是“复现”也就是软件界面/呈现,上面谈到了数字化,和大部分现代生产制造的实体都有数字体这个情况,那是不是数字孪生的数字化基础已经被完全解决,大家直接用CAD软件就好了?其实没有,因为大多数用于加工制造的CAD数字文件都极其复杂,且CAD软件操作使用非常繁琐,极不适合对非专业人士开放。

所以CAD生成的数字体想要达到数字孪生的基础使用还需很多优化,并且需要脱离CAD的生态环境,供非CAD专业人士使用。

这部分就是我们模袋一直以来在做的事情:通过我们的三维数据引擎将现有的CAD数字体优化并转化为网络流通格式,并为广大使用者提供最便捷的连接数据,及开发自己数字孪生应用的开发者平台. 
 

将已有的数字化资产转换成跨平台流通数据CDE(common data environment)

是一个极其庞大的系统工程 
 

说了这么多,如果要将数字孪生进行定义的话,我个人认为它是交互界面(interface), 就像我们不断演变的网络环境和计算机硬件一样,我们在网络端获取信息的主要媒介也发生了天翻地覆的变化,有多少人还能记得MS-DOS的时代,又有多少人想得到当今的主流消费多媒体是短视频。

5G和IOT时代已经到来,数字孪生将是最适合的人机交互界面。它可以被无缝接入到各个行业。

智慧城市,智慧园区,智慧工地,可视化城市商圈 
 


 

IOT可视化,工业4.0,可视化订制 
 


 

模袋一直以来都致力于搭建最完善的开发者平台赋能数字孪生平台建设。对模袋开发者平台感兴趣可查看这个帖子.上千家欧美公司都在用的BIM引擎——Modelo build引擎


 

或者查看模袋赋能案例:

下一代智慧建筑交互界面 
 

一小时搭建智慧城市可视化大屏 
 

如何用M.Build引擎快速制作IOT三维可视化大屏