数字孪生，竟起源于一场差点发生的灾难？

‍数字孪生，这一目前炙手可热的概念，实际上距离它的提出已有20年之久；距离它的萌芽，已过去了50年。

籍籍无名的它，在无人问津的黑暗角落蛰伏了太久。那么，数字孪生从提出到爆发这段时间，到底经历了什么？

本期，我们就来聊聊这个数字孪生的起源。

阿波罗13号惊魂

多年以后，当吉姆·洛弗尔回想起那次在阿波罗13号载人登月飞船上遭遇的事故时，依然心有余悸。

当时火箭已经起飞近56小时，距离地球约33万公里，正搭载着阿波罗13号向月球飞驰而去。一切似乎都在正轨上完美运转。

△ 阿波罗13号，图片来源：维基百科

忽然，包括吉姆·洛弗尔在内的3名宇航员的耳边响起了巨大的爆炸声，随之驾驶舱被告警灯照亮，刺耳的报警声响起。

△包括吉姆·洛弗尔的三名宇航员，图片来源：维基百科

事后查明，这是阿波罗13号生活舱中的一个氧气罐发生了爆炸，严重地损坏了主推进器，对宇航员们的生命至关重要的氧气，也正在向太空之中泄漏。

遭此变故，登月显然是不可能了。

此时，数千名NASA（美国国家航空航天局）地面支持人员在之后3天半时间里夜以继日工作的唯一目标，就是让飞船上的三名宇航员安全回家。

△ NASA的后台控制中心，图片来源：维基百科

这无疑是一个非常巨大的挑战。

值得庆幸的是，NASA最终挽狂澜于既倒，成功地完成了任务，让吉姆·洛弗尔和他的同事们在危机四伏中毫发无损地走出了飞船。

这一让人兴奋的“奇迹”，到底是怎么做到的呢？

原来，与阿波罗13本体一同完成的，还有一套极其完整、高精度的模拟仿真系统。这套由多台计算机联网组成的庞大系统包含了阿波罗13号的所有核心部件，以及用于培训宇航员和任务控制人员所用到的全部任务操作，自然也涵盖了多种故障场景的处理流程。

△ 图片前部的是登月舱模拟器，后部的是指令舱模拟器 图片来自NASA

NASA通过和吉姆·洛弗尔及其他宇航员的通信，了解了飞船上哪些系统正常工作，哪些系统已经故障之后，制定了一个大胆而周密的返航方案。

该方案没有任何人实践过，但却必须确保万无一失，任何的意外都意味着灾难的发生。

NASA将阿波罗13号当前的配置状态，按质量、重心、推力等参数输入模拟器，再安排后备宇航员在模拟器上进行操作演练，对每一个操作步骤的可行性进行了充分的验证。

剩下的工作惊险而枯燥，就是宇航员们严格按照在模拟器上验证后形成的操作指令清单来执行。果然，他们最终成功地回到了地球表面。

△ 阿波罗13飞行路线图，图片来源：维基百科

毫无疑问，造就了本次辉煌成功的头号功臣，就是那套位于地面机房内，却极其完整、高精度地复刻了阿波罗13号的模拟器。

多年后，它将会拥有一个更为响亮的名号：数字孪生。

2010年，NASA在其发布的《建模、仿真、信息技术和处理路线图》中，正式提出了数字孪生的概念：

△ 数字孪生的最初定义，来源：NASA 《Modelling SimulationInformation Technology & Processing Roadmap ：TechnologyArea 11》

“数字孪生，是一种集成化的多种物理量、多种空间尺度的运载工具或系统的仿真，该仿真使用了当前最为有效的物理模型、传感器数据的更新、飞行的历史等等，来镜像出其对应的飞行当中孪生对象的生存状态。”

如此看来，最早明确提出“数字孪生”这一概念的，应该是非NASA莫属了。

数字孪生的发明者之争

然而，现实就是如此的吊诡，目前大多数文章在追溯数字孪生的起源时，都会提到美国的Michael Grieves（迈克尔·格里夫斯）博士。

△ Michael Grieves（迈克尔·格里夫斯）博士，图片来源：网络

这到底是怎么回事呢？

让我们把时间倒回到2016年。这一年，克尔·格里夫斯博士发表了一篇叫做《数字孪生：减轻复杂系统不可预测、不期望结果出现的行为》的文章，对数字孪生的类型和作用进行了抽象而清晰的描述。

此外，该文章里还写道，他在2011年一本书中，就已经明确提及到了“数字孪生”，虽然当时这些字眼仅仅是对数字孪生的前身“信息镜像模型”的描述。

按克尔·格里夫斯博士后来的说法，他早在2002年针对产品生命周期管理（PLM）的一次演讲中，提到的现实空间和虚拟空间的映射关系，已经具备数字孪生的所有要素。

△ 数字孪生概念的早期模型，图片来源：维基百科

好家伙，直接把数字孪生这一概念的提出时间提前了近十年。这也是业界普遍流传Michael Grieves博士为数字孪生概念提出者的原因。

尽管存在诸多争议，但从Michael Grieves博士在2006年、2011年、2014年、2016年陆续发表的诸多文章来看，他提出的产品生命周期管理、信息镜像模型、以及后面对数字孪生的阐述，都在客观上奠定了数字孪生的思想和理论基础。

其实，如果我们愿意，数字孪生这一概念的起源还可以追溯得更早。

在1991年，美国的David Gelernter就写了一本叫做《镜像世界》的书，里面已经包含了数字孪生思想的萌芽。

△ David Gelernter，图片来源：维基百科

在2004年，中国科研人员王飞跃也发表了一篇名为《平行系统方法与复杂系统的管理和控制》的文章，其中提出了平行系统的概念，这也已经和数字孪生非常接近了。

△ 王飞跃，图片来源：网络

所以，我们不必刻意追究谁到底是数字孪生概念的发明者，关注这一技术方向可以在哪些领域得以应用，能给我们的生活带来什么样改变无疑是更有意义的。

数字孪生概念的普及

数字孪生本质上并不是一种技术，而是一种解决复杂问题的方法论：在一个设备或系统的基础上，创造一个数字版的“克隆体”；该克隆体是“本体”的高精度模拟，并可实时和“本体”保持数据同步；因此，任何要在本体上进行的操作，都可以先在克隆体上进行验证确保方案可行。

△ 数字孪生在工业制造中的应用，图片来源：网络

也就是说，数字孪生的奥义，把“耐操”的克隆体作为实验对象来求取复杂问题的最优解，从而避免不合理决策危及“脆弱”的本体。

从2017年起，Gartner将数字孪生列入其“超级周期”，这一概念随之进入大众的视野，从此迎来了快速增长。

目前，数字孪生已在工业制造、智慧城市、基建工程等领域得到了广泛的应用并不断外溢，正不断浸润着我们的主业：通信行业。

至于数字孪生到底能在通信中发挥什么样的作用，就让我们下期再来讨论吧。

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