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上周，有一個B站UP主火了，他把自己的自行車改造成了無人駕駛的“真·自行車”，給自行車裝上了三個電機、一個激光雷達、一個AI運算核心等零件。

這些工作的第一步，是他把車的尺寸、結構精細地輸入電腦，做出了一個類似CAD的結構圖， 基于這輛虛擬的自行車，他定制加工了組件；隨后，這輛數字車被輸入游戲引擎，引入重力等因素，就可以用來初步調整各項參數，讓只有兩個輪子的自行車能穩穩地站在地上。

他把這輛軟件中的自行車，稱作現實中被改裝的那輛車的“數字孿生”。

楊景詒、劉冬宇 ｜ 作者

放大燈團隊 ｜ 策劃

從《模擬人生》到“數字孿生”

《模擬人生》系列的歷史已有21年，至今仍長盛不衰，這離不開它對現實世界的刻畫——玩家在游戲不光可以自行決定人格特質、生活習慣，還能決定社交活動和婚姻生育。

自不必說，人生模擬器是一個荒誕的概念，它離真實世界相差甚遠；但在另一些電子游戲中，對真實世界、物理規律與機械的還原，成了游戲最關鍵的賣點——例如《微軟模擬飛行》，它需要玩家買一套仿真的飛機控制器，體驗起降、飛行過程，甚至有人懷疑，“9·11事件”中的恐怖分子，可能就用電子游戲學習駕駛真正的飛機。也比如《坎巴拉太空計劃》，其中的物理模型，與現實的火箭發射相差無幾。

這些游戲，都在嘗試著在虛擬空間里創造某種真實性，這是一種“仿真”——而仿真的潛力，遠不止于滿足娛樂需求，在工業生產中更需要“模擬經營”，用仿真工具來低成本地驗證某項設計是否有效，或者提前發現致命錯誤。

在音箱的設計中，箱體與單元的結構，就可以通過仿真軟件計算出音箱輸出的聲音特性，而在土木工程里，仿真軟件更是計算結構強度、分析材料選擇的必備工具。

就在今年高考填報志愿中，中山大學就將土木類專業劃入計算機大類［1］——仿真軟件成了各行各業的重要工具，或許就是這種專業劃分的原因之一。

這些“仿真”，與UP主的自行車的“數字孿生”，又有什么區別？畢竟它們看起來都是數字世界的物體。

數字孿生的概念可以追溯至2002年，美國工業制造工程協會舉辦的一次論壇，密歇根大學的邁克爾·格里弗斯博士提出了“信息鏡像模型”的概念，后被稱作“數字孿生”。

為了更容易理解，我們也可以把數字孿生叫做數字鏡像，或者數字化映射。它利用3D建模、傳感器、物聯網等技術手段，在線上復制一個與現實幾乎一致的“數字體”。這個數字體能夠通過大量數據，記錄現實中的一舉一動，“投射”到系統中。

用人話總結一下，仿真是基于現實的規律，創造出虛擬的物體，而數字孿生，則是把真實世界的真實事物，可以是物體，也可以是某種過程，經過精確測量后，在虛擬空間創造出的可以反映真實情況的數碼復制體。

共同之處是，他們都能成為人們的好幫手。

某種程度上說，你可能在各處都能見到實時監控數據的大屏幕，那也是種簡單的數字孿生；而蘋果近年大力推進AR，其中一個應用，就是讓普通消費者用手機上的激光雷達，掃描所在的房間與家具，將結構和尺寸錄入手機軟件，就可以生成你的房間的數字孿生——當然，精度不是很高。

其實，數字孿生不僅可以幫UP主改造自行車，更能成為工業生產、城市管理等領域的重要工具。

在獲得制造業的垂青前，數字孿生主要用于軍工。

2009年，美國國防部提出“機身數字孿生”的概念，將數字孿生用于航空航天飛行器的維護。另外，通過飛行器身上的傳感器，相關實驗室還能收集到飛行器的飛行數據，用于后續研究［2］。2012年，NASA發布了一項“建模、仿真、信息技術和處理”路線圖，數字孿生這才被更多人了解。

此后數年，數字孿生一直被美國空軍所看好。

但它進入民用生產領域的歷史并不長，直到2015年5月，通用電氣推出數字化風電場，才把數字孿生技術推向商用。2017年，更多國際巨頭先后涉足數字孿生技術：

西門子發布了數字孿生體應用模型；

美國參數技術公司推出基于數字孿生技術的IoT解決方案；

達索、通用電氣等企業也開始宣傳數字孿生技術。

而在國內，阿里巴巴等互聯網公司也緊隨趨勢，紛紛布局數字孿生市場。根據阿里云此前的公開新聞，在城市大腦［3］、鋼鐵水泥、服裝制造［4］等領域，數字孿生的概念已經投入實際應用。

數字孿生技術迅速成為工業生產的寵兒，自然是因為它有助于生產。中國工程院院士譚建榮曾在2020年指出，數字孿生應用于工業領域，能夠實現資源調配、智能化生產，顯著提高生產效率。［5］

2016～2020年，數字孿生連續四年入選分析公司Gartner的“十大戰略科技發展趨勢”。Gartner 的一份2019年的報告預測，到2021年，全球將有一半的大型工業企業，在生產中使用數字孿生技術，而這能使他們的生產效率提高10％。［6］

咨詢公司MarketsandMarkets的數據則顯示，全球數字孿生市場將在未來快速增長，規模從2019年的38億美元，增長至2025年的358億美元。此外，亞太地區市場規模增速也會遠超其他地區。［7］

為什么數字孿生能提高生產效率？它是如何工作的？要回答這些問題，首先得看看制造業的數字孿生是什么樣子——在工廠里，數字孿生復制的不再是一輛自行車、一架飛機，而是一條生產線。

跑在前面的竟是這家老國企

今年5月28日，在2021阿里云峰會上，阿里云與機械工業九院聯合發布“汽車數字工廠1．0”行業解決方案，數字孿生是這個方案中的重要部分。

一汽紅旗最新的新能源工廠“繁榮工廠”，將會是首個采用這套方案的主機廠。

這座工廠去年4月開始動工，投資78億，是紅旗品牌近年來突飛猛進的又一個信號。2017年，紅旗年銷量不到5000臺，而去年的銷量超過20萬臺，三年增長42倍，而今年大概率會超過40萬臺。隨著需求迅速擴大，這個年產能20萬臺的新工廠由此誕生。

要造最好的車，肯定要配最好的工藝和裝備。這是汽車工業顛撲不破的真理。

汽車工業，人類制造業的明珠之一。它是一種典型的離散制造：產品的生產過程通常被分解為很多零件，在不同的工廠甚至不同的企業里生產，生產過程更為復雜多變。而與之相對的則是流程制造，例如鋼鐵、水泥、服裝等工廠，用一條生產線就將原料制成成品。

阿里云汽車行業架構師黃錚介紹，一輛汽車由3000多類、3萬～5萬種零部件組成，生產過程要經歷沖壓、焊裝、涂裝、總裝、電池五大車間、200多種加工工藝，每個車間的生產設備完全不一樣，與先前阿里云工業大腦覆蓋的鋼鐵、水泥、服裝等流程制造行業相比，汽車制造更加考驗企業管理生產的能力。

與自行車和飛機的數字孿生類似，數字孿生工廠是對現實工廠3D形態的完全模擬。大到整廠五個車間，小到車間里每臺設備和每一個生產動作，都映射在數字孿生上。簡言之，它展現了人類對復雜系統的掌控力。