大約在20年前，數(shù)字孿生在制造和產(chǎn)品生命周期管理的背景下首次出現(xiàn)。從那時(shí)開(kāi)始，數(shù)字孿生的概念被傳播到其他領(lǐng)域，例如建筑，城市規(guī)劃和醫(yī)療保健等等。

隨著計(jì)算能力越來(lái)越超乎我們的想象，未來(lái)越來(lái)越多的物理實(shí)體最終可能會(huì)出現(xiàn)數(shù)字化對(duì)等物，包括人類。

什么是數(shù)字孿生？數(shù)字孿生可以理解為是動(dòng)態(tài)鏈接到一個(gè)物理實(shí)體的虛擬表示，利用數(shù)據(jù)集成多維度的仿真然后再虛擬空間中完成映射。一個(gè)人的數(shù)字孿生會(huì)由其被采集的個(gè)人數(shù)據(jù)或共享的健康參數(shù)組成。

數(shù)字孿生是從哪里來(lái)的？

在90年代末，現(xiàn)任佛羅里達(dá)理工學(xué)院高級(jí)制造首席科學(xué)家邁克爾·格里夫斯還是一名博士研究生，他覺(jué)得他這篇主題為“將物理工作轉(zhuǎn)移到虛擬空間的策略”的論文可能無(wú)法通過(guò)論文委員會(huì)。因?yàn)樵诓┦空n程中做一些太新穎的論題，通過(guò)的機(jī)會(huì)反而會(huì)大大減少。因此他改為撰寫有關(guān)商務(wù)通信的論文。但這并沒(méi)有阻止他考慮用數(shù)字融合物理世界的想法。

當(dāng)時(shí)，工程師和制造商都在從物理模型和2D藍(lán)圖進(jìn)入3D計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）模型邁出腳步。計(jì)算機(jī)的處理能力有望成倍增長(zhǎng)。使用第一臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)ILLIAC IV的格里夫斯想，如果這些3D模型可以融入更多的信息，那一定會(huì)創(chuàng)造出意想不到的價(jià)值。也就是說(shuō)，過(guò)去只能在物理世界中進(jìn)行的工作可以遷移到虛擬世界中，而過(guò)去被困在腦海中的可能性可以在數(shù)字空間中發(fā)揮作用。

格里夫斯說(shuō)：這個(gè)想法是我可以虛擬地創(chuàng)建產(chǎn)品，進(jìn)行虛擬化測(cè)試并提供虛擬化的支持。只有一切都對(duì)應(yīng)并且正確時(shí)，我才可以發(fā)表論證使用數(shù)據(jù)而不是昂貴的原子。

當(dāng)格里夫斯在2002年在密歇根州特洛伊市的制造工程師協(xié)會(huì)會(huì)議上首次提出他的構(gòu)想時(shí)，他在“產(chǎn)品生命周期管理”的框架下提出了這一構(gòu)想。 直到七年后，格里夫斯的一個(gè)同事，美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）首席技術(shù)專家約翰·維克斯（John Vickers）將這一概念納入組織的路線圖報(bào)告中，并獲得了一個(gè)活潑的名字：數(shù)字孿生。

咨詢了在NASA工作的維克斯幫助格里夫斯明確了數(shù)字孿生的價(jià)值主張：如果將生產(chǎn)的產(chǎn)品投放到太空中，我們無(wú)法通過(guò)物理距離來(lái)了解和改進(jìn)它們。除此之外，航空航天制造的價(jià)格昂貴，有充分的理由在數(shù)字領(lǐng)域做進(jìn)一步的工作。

數(shù)字孿生的優(yōu)點(diǎn)是什么？

對(duì)于制造商和他們的客戶而言，數(shù)字孿生的兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)主要是節(jié)省成本和提高安全性。

例如，NASA將通過(guò)數(shù)字孿生增材制造或3D打印制成的火箭零件。維克斯說(shuō)，數(shù)字孿生模型將使測(cè)試和鑒定過(guò)程比在物理世界中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)更容易且更具成本效益——正如格里夫斯所說(shuō)的“原子很昂貴”。

維克斯說(shuō)，在那之前，NASA必須通過(guò)數(shù)百次甚至數(shù)千次昂貴的實(shí)驗(yàn)對(duì)數(shù)字孿生模型進(jìn)行鑒定。他猜測(cè)目前大約有75%的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)自物理測(cè)試，25%的數(shù)據(jù)來(lái)自數(shù)字孿生，這意味著現(xiàn)在整個(gè)支出比以前更多。但是，一旦這個(gè)比例開(kāi)始下降，以后就可以節(jié)省大量的資金。

格里夫斯說(shuō)有一個(gè)問(wèn)題一直困擾著他，如果數(shù)字孿生是物理實(shí)體的虛擬副本，那么數(shù)字孿生在實(shí)體出現(xiàn)之前該如何存在呢？

他表示創(chuàng)建一個(gè)物理配對(duì)，以將數(shù)字孿生模型與仿真模型或其他模型分開(kāi)。換句話說(shuō)：數(shù)字孿生是物理世界中已存在或即將存在的某些事物的虛擬模型。

數(shù)字孿生在醫(yī)療保健中的作用

在五到十年內(nèi)，數(shù)字孿生將成為預(yù)測(cè)醫(yī)學(xué)的有力工具，它可以根據(jù)自己的縱向數(shù)據(jù)以及具有相似特征的患者的數(shù)據(jù)來(lái)評(píng)估患者的風(fēng)險(xiǎn)。