从数字技术到现实生活中的虚拟世界

了解数字孪生如何演变为达索系统虚拟孪生，通过为未来的实际应用提供数字创新来彻底改变行业。

在过去的几十年里，数字技术从根本上改变了全球各行各业。从数字孪生的出现开始，演变成Dassault Systèmes 的虚拟孪生技术，让我们简要探讨一下这项技术的历史、其基本原理以及塑造其发展的远见卓识者。

数字孪生的概念诞生于 1970 年 NASA 的阿波罗 13 号任务期间，1995 年的一部获奖电影中对此进行了著名的记录。阿波罗 13 号是 NASA 阿波罗计划的重要组成部分，它的目标是成为第三次登月任务。然而，服务舱发生了灾难性的故障，包括氧气罐爆炸，迫使任务中止。尽管失败了，宇航员还是成功地被带回了地球，由于在营救机组人员方面获得了经验，这标志着“成功的失败”。航天器面临关键问题，工程师使用机载系统的物理副本来测试解决方案并做出决策。这些复制品还不是数字化的，但创建镜像系统来解决问题的概念很明确。

几十年后的 2002 年，密歇根大学教授迈克尔·格里夫斯 （Michael Grieves） 博士开始撰写有关“数字孪生”概念的文章，同时研究产品生命周期管理 （PLM）.大约在同一时间，Grieves 正在与 John Vickers 合作，后者现在是 NASA 的先进制造首席技术专家。Vickers 最终在他们共同参与 NASA 项目时创造了数字孪生这个词。

大约在同一时间，现任 NASA 先进制造首席技术专家的 John Vickers 提出了“数字孪生”一词，使其更易于描述。Grieves 博士在 2003 年正式展示了他的工作，将数字孪生描述为物理系统的数字副本，将设计、仿真和数据结合到一个平台上。

虽然数字孪生最初是指以 PLM 为基础的物理资产的被动、以信息为中心的虚拟表示，但该术语开始扩展到涵盖广泛的功能，包括自主、学习和实时干预。这种概念上的蔓延导致 Grieves 开始使用“智能数字孪生 （IDT）”一词，因为技术扩展到包括主动、目标寻求和预测的系统。

Grieves 博士引入了 IDT 一词来区分这些进化的能力：系统不仅镜像，而且主动协助、模拟未来、优化决策并持续在线运行。这不是一次随意的品牌重塑。这是一个有意为之的举动，旨在保持原始概念的完整性，同时命名正在出现的更丰富的、支持 AI 的结构。

随着这一概念的发展，各行各业开始更广泛地使用数字孪生。到 2010 年代，公司开始以新的方式发展这个词。早期采用者展示了数字孪生在航空航天和制造等行业中的力量。NASA 使用该技术来改进航天器性能仿真，而燃气轮机行业则将其应用于改进测试和维护流程。这些成功为医疗保健、能源和运输等领域的数字孪生铺平了道路，证明了它们在分析和预测复杂系统方面的价值。

随着时间的推移，日益先进的行业的需求表明需要更加动态和交互式的模型。到 2010 年代，不同公司开始以不同的方式使用数字孪生一词，其方式通常偏离了其原始含义。

很快，数字孪生越来越多地用于制造和航空航天领域。原始设备制造商 （OEM） 利用这项技术来缩短设计周期、改善维护并简化运营。例如，NASA 扩大了数字孪生在航天器性能仿真中的使用范围，而燃气涡轮发动机行业则采用该技术来提高测试和维护可靠性。

向虚拟孪生的演变

进入虚拟孪生。2014 年，达索系统通过其 3DEXPERIENCE 平台引入了这一概念，该平台不是作为物理的镜子，而是作为模拟和塑造未来的媒介。这是从反思到编排的转变，预见了未来的替代结果。到 2016 年，像虚拟新加坡展示了这个想法的规模和雄心 - 对整个城市生态系统进行建模，为规划、弹性和创新提供信息。然后，在 2020 年，达索系统首席执行官 Bernard Charlès 正式将虚拟孪生与数字孪生区分开来，将其定义为一种真正的颠覆性技术，它不仅是一种进化，而是一种真正的颠覆性技术，特别适合想象可能是什么，并以可持续的方式设计未来。

“智能虚拟孪生不仅仅是一个模拟，它还是一个共同理解的系统。这是我们在承诺未来之前如何想象未来，不仅仅是用数据，还有判断力、创造力和目标。这是工程师、科学家和政策制定者明天一起演练的地方，因此我们要明智地构建，而不仅仅是高效地构建。

– 加勒特·瑟斯顿

虚拟孪生集成了多物理场模拟、人工智能 （AI） 和实时数据，以制作精确且响应迅速的数字副本。这些模型支持在复杂的虚拟环境中进行观察、分析、测试和优化，将数字创新与现实生活中的虚拟世界联系起来。

数字孪生与虚拟孪生

为了真正掌握从数字孪生到虚拟孪生的飞跃，让我们直接比较它们的功能。

虚拟孪生不仅是建模和优化单个组件，而且是整个生态系统的下一步。这种演变使行业能够模拟和改进其运营的几乎任何方面，使现实生活中的虚拟世界成为现实，并使用户能够：

• 保存和管理任何级别的知识

• 推动可扩展的、基于模型的决策流程

• 在不确定性下探索另类未来

• 利用经验而不仅仅是数据来制定战略

简而言之，虚拟双胞胎使我们能够创造“未来的记忆”，即跨学科的共享体验，可以增加我们的智慧，而不仅仅是我们的知识。这就是虚拟孪生前沿 - 不仅仅是一个技术领域，而是一个人类领域。

重塑行业

达索系统处于虚拟孪生科学与技术创新的前沿，重新定义了多个行业的可能性。使用 3DEXPERIENCE 平台，组织现在能够探索现实生活中的虚拟世界，将这种科学、方法和使能技术应用于现实世界的挑战，如可持续性、效率和优化。

例如，虚拟孪生可以使城市能够应对复杂的城市场景，其中充满了人类、生态和其他因素和影响。从监控基础设施和调节交通到评估环境影响，虚拟世界使动态建模整个城市生态系统成为可能。除了城市规划之外，能源、医疗保健和交通等行业也在探索虚拟孪生如何优化供应链、增强医疗设备设计，甚至对可再生能源系统进行建模。

虚拟宇宙

虚拟孪生使用 AI、机器学习和 IoT 等先进技术来提供实时见解并帮助解决棘手问题。达索系统将数字工具与现实世界的系统相结合，帮助我们规划未来。这些“虚拟宇宙”就像探索可能性、做出明智选择并努力打造更健康的地球的工具。

虚拟孪生可以代表机器、供应链或城市规划。但虚拟世界更进一步 — 它展示了更大的图景，包括决策如何随着时间的推移影响人员、资源和环境。

在 AI 和机器学习等技术的支持下，虚拟孪生为解决复杂挑战提供实时洞察和协作功能。通过将数字创新与物理系统联系起来，达索系统在创造方面处于领先地位现实生活中的虚拟世界随着虚拟宇宙.

虚拟宇宙是我们探索未来的镜头，帮助我们明智地选择、负责任地建模并朝着值得居住的结果迈进。它将双胞胎置于一个由利益相关者、资源、政策和可能的世界组成的生命系统中。虚拟孪生可以模拟机器、供应链或城市规划。但虚拟世界模拟了这些模型的含义和背景，即决策呼应、演变和揭示其人类影响的环境。

双胞胎反映的是性能，而宇宙则折射出目标。

什么是生成经济？

虚拟世界还可以作为生成经济—一个旨在产生和维持长期福祉、公平、复原力和更健康的地球的系统。它与采掘式或纯粹的利润最大化模式形成对比，将目标驱动的设计嵌入到所有权、财务和治理的结构中。不同的模型使不同学科的团队能够试验解决方案、预测未来结果并做出基于数据的创新决策。通过提供共享空间来创新模块化解决方案，探索“假设”分析和模块化问题解决。

前景是无限的。从可持续的城市发展到创新未来的交通系统，这项技术代表了人类创新的新篇章。借助达索系统的创新数字技术，我们可以重新思考可以实现的目标，从而改变我们设计、构建以及与物理世界交互的方式。