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智（zhì）能製（zhì）造：什（shí）麽是（shì）數字孿（luán）生（Digitl Twin）

2017-1-3 作者：趙敏

中國發明協會（huì）常務理（lǐ）事，發明方法研究分會（huì）會長，國內著名創新方（fāng）法專家、兩化融合/智（zhì）能製造專家，《三體（tǐ）智能革（gé）命》副主編，《走向智能論（lùn）壇》核心專家趙敏教授

數字孿（luán）生（Digital Twin），簡稱DT，自從概念誕生以來，如何準確地翻譯（yì）這個詞匯，成為了業界關注的焦點（diǎn）內容之一。往小處說，這是一個技（jì）術術語（yǔ）翻譯的（de）“信達雅”問題，往（wǎng）大處（chù）說，這是一個如何理（lǐ）解智能製（zhì）造的實現機理之一的問題。筆者希（xī）望能借助此文，將個人思考的一些心得分享（xiǎng）給讀者。

一、數字孿生（shēng）的起源（yuán）

數字孿生到底是怎麽發展出來的？尚無人給出詳細的梳理。根據筆者（zhě）30多年的製造業信息化經（jīng）驗（yàn）和長期的觀察與思考，大致認為數字孿（luán）生與（yǔ）計（jì）算機輔助（zhù）（CAX）軟件尤其是仿真軟件的發展（zhǎn）關係十分密切（詳見筆者文章“數字虛體：推動軟件（jiàn）定義世界”）。

在工業界，人們用軟件來模仿（fǎng）和增強人的行為（wéi）方式，例如，繪圖軟件最早模（mó）仿的就（jiù）是（shì）人在紙麵上作畫的行為。發展到人機交互技術比較成熟的階（jiē）段後，人們開始用CAD軟件模仿產品的結構與外觀，CAE軟件模仿產品在各種物理場情況下的力學性能，CAM軟件模仿零部件和夾具在加工過（guò）程中的刀軌情況，CAPP軟（ruǎn）件模仿工藝過程，CAT軟件模仿產品的測量/測試過程，等等。

在信息界，最（zuì）早（zǎo）的（de）模仿是模擬人腦的思考模式。馮•諾依曼的體係（xì）結構是把運算、存儲與控（kòng）製分開來進行，而人的大腦結構是運算、存儲和控製一體化的，因此軟件界（jiè）人士不得不花費較多的時間和精力，用（yòng）知識上更優化的算（suàn）法和硬件上（shàng）更（gèng）快的芯片，來克服這種體係上的先天不足。這種對人腦思維的模擬導致了信息界人工智能學科分（fèn）支的誕（dàn）生。近些年新出現的神（shén）經突觸芯片已（yǐ）經開始突破硬件結構限製問題。

軟件仿真的結果，最初是在數字（zì）虛體空間產生一些並沒有與物理實體空間（jiān）中的實體事物（wù）建立任何信（xìn）息關聯、但是畫得比（bǐ）較像的二維圖形，繼而（ér）是經過精心渲染的、“長得非常像”某（mǒu）些實體事物的三維圖（tú）形。

近（jìn）些年（nián），當人們提（tí）出了希望數（shù）字虛體空間中的虛擬事物與物理實體空間中（zhōng）的（de）實體事物（wù）之間具有可以聯接通道（dào）、可以相（xiàng）互傳輸數（shù）據和指（zhǐ）令（lìng）的交互關係之後，數字孿生的概（gài）念就成形了。伴（bàn）隨（suí）著軟件定義機器概念的落地，數字孿生作為（wéi）智能製造中的一個基本要素，逐漸走進了人們的視野。

二（èr）、“Digital Twin”原文出處

Digital Twin這個英文術語的重點和難點在於對“Twin”的理（lǐ）解（jiě）。

根據目（mù）前所看到的資料，Digital Twin一詞（cí）由美國密歇根大學的Michael Grieves教授，於2003年在他（tā）所講授的PLM（產品（pǐn）生命周期管理）課程上引（yǐn）入，並且於2014年在其所撰寫的“Digital Twin: Manufacturing Excellencethrough Virtual Factory Replication”白皮書中進行（háng）了詳細的闡述。

美（měi）國國防（fáng）部、PTC公（gōng）司、西門子公司、達索公司等都在2014年接受（shòu）了（le）“Digital Twin”這個術語，並開（kāi）始在市場宣傳中使用。需要指出的是，他（tā）們（men）都是使用的“Digital Twin”，而不是“Digital Twins”。

如果查詞典，英文Twin的意思有如（rú）下選項：

n.孿生兒之一，雙胞胎之一；兩個相像的人或物之一；孿晶；雙人床（chuáng）

vt.使結成（chéng）姊妹城市；使（兩人或兩事（shì）物）緊密結（jié）合；使偶合；使相連

adj.成對的；成雙的；雙重的；雙聯（lián）的

n.人名；(英)特溫

英文Twins的意思則是“雙生子（zǐ）、雙胞胎（twin的複數）”的意思。

當然，英文的原意需（xū）要作為翻譯為中文（wén）的參考，但（dàn）是在翻譯一個英文詞匯時，對其所附加的前綴（zhuì）詞、後綴詞、應用場景（jǐng）、特殊用途、言外（wài）之（zhī）意、拓展意思等，都應該加以統籌考慮。

三（sān）、DT翻譯結果的討論

任何一個重要的英文術語，在翻譯成（chéng）為中文的時候，都需（xū）要慎重考慮。不僅要翻譯出來其準（zhǔn）確的原意，更要考證其形成和應用的場景，這樣（yàng）才算是一（yī）個比較負（fù）責任的翻譯結果。如果實在翻譯不出來（lái）原文，就應該（gāi）采用音譯的方式暫時替代。現在翻譯得比（bǐ）較失敗的例子是“CPS（信息物理係（xì）統）”這個術語，因為CPS中的Cyber（賽博）並（bìng）不是信息的意思，所以“信息物理係統”是一個不準確（què）的翻譯結果。筆者希（xī）望在DT的翻譯上不要再重複CPS的翻譯水平。

現在對DT的翻譯結果有很多，這些中文術語（yǔ）在含義上（shàng）高度類（lèi）似但是互有細微差別，個別（bié）翻譯甚至差異較（jiào）大。筆者逐一列出（chū）進行分析解讀。

數字鏡像——幾何鏡像：在二維空間（jiān）裏，一個物體（或二維（wéi）圖形）在某平麵鏡（jìng）中反射（shè）出來的虛像。鏡像（xiàng）與原實物（wù）同樣大小，但（dàn）不盡相同。磁盤鏡像（xiàng）：在數據管理中指保留數據完（wán）整特征的複製品。如果將二者的（de）意思結合起來，是可以大致說明DT內（nèi）涵的（de），但是有一（yī）點值得注意：鏡像是左（zuǒ）右（yòu）或上下相反的對應關係（xì）。而（ér）DT並不完全是鏡像的意思。

數字映射——作為動詞，映射一詞（cí）既有照射（shè）的含義，也指“形成對應關係”的動作。作為名詞，在數學上，映射指兩個元（yuán）素集之間具有元素相互“對應”的關係。PTC中國區技術總監紀豐偉博士說：“我們翻譯Digital Twin的時候，感覺和照鏡子類（lèi）似，但也考慮到不可能完全一樣。DT是（shì）要把關鍵（jiàn）的行為和形（xíng）態映射出來，所以用（yòng）了映射。”取其（qí）“形成對應關係（xì）”的“行為和形態”的意思，這個翻（fān）譯結果是可用（yòng）的。

數字雙胞胎——這是一個來自英文“Twins”的翻譯結果。其實，無論是DT的創（chuàng）始人Michael Grieves 教授，還是三大工（gōng）業軟件公司，都是使用了“Digital Twin”而（ér）不是“Digital Twins”。從英文原意來看，似乎不應該把“Digital Twin”翻譯成“數字雙胞胎”。“雙胞胎”是指同一母親一胞所生的兩（liǎng）個孩子，無論其相同或相像，都是指兩個實體之間的對應關係。顯然，DT並非是兩個實體（tǐ）之（zhī）間的（de）比（bǐ）較，而是（shì）虛/實之間（jiān）所具（jù）有的相像、相通與互動關係。

數字孿生體——意思基本正確，數字孿生體（tǐ）就是物理實體在（zài）數字（zì）虛體中的精確映射結（jié）果。但如多一個“體”字（zì），一是在翻譯上略顯不精簡，二是有可能把人們最關注的虛實映射關係引導（dǎo）到（dào）了這個數字孿（luán）生體上，容易弱化（huà）虛（xū）實對應的關係。

數字雙生——基本意思類同“數字（zì）孿生”，較少使用。但是孿生與雙生，畢竟有所不同。雙生就具（jù）化到隻有“兩個”了（le）。而孿生，則語義上更寬泛，未必是兩個（例如一個實體事物對應兩個或更多的（de）虛擬事物（wù））。這樣（yàng）為（wéi）以後的詞（cí）義拓展留下了空間。

數字孿生——目前看來比較恰當的翻譯結果。取Twin的“兩個相像的（de）人或物之一（yī）”以（yǐ）及“使耦合”的含義，本意就是在（zài）數字虛體空間中（zhōng）所構建的虛擬事物，與物理實體空間中的實體事物所對（duì）應的、在（zài）形態和舉止上都相像的虛實精確映射（shè）關係。但需要指出的是，相像歸相像，甚至虛擬事物看著就像（xiàng）真的實體事物一樣，但是一（yī）實一虛，彼此在本質上不是一回事。這（zhè）是理解該術語的關鍵點。

由此，數字孿生、數字（zì）映射、數字孿生體、數字雙生這四個翻譯意思相近，都是（shì）可以接受的翻譯結果。數字（zì）孿生和數字映射更為常（cháng）用一些。數字鏡像稍微有一點遜色。數（shù）字（zì）雙（shuāng）胞胎則在原意上偏差大（dà）了一些。

四、對DT術語的（de）延伸理解

為了準確理解DT這個術語，筆者與很多專家做過研討，並經過了近一年的思考，在對DT的理解上延伸到了這個術語（yǔ）更為廣泛的“知（zhī）識場景”上。

任何一個術語，在一個明確的字（zì）麵意思的背後，其實都有其潛在的、不易見的、甚至是（shì）隻能意會不可言傳的知（zhī）識場景。例如“創新”一詞，不僅在定義上（shàng）有（yǒu）20多個，人們對其的理解與解讀，也是形形色色，千奇百怪。寫一個術語容易，建立（lì）對該術語的共識（shí）（“共同的知識場景”）則（zé）很難。對DT的理解，也會大致如此。

關於Twin所具有的“兩個相（xiàng）像的人或物之一”的譯意，其實還有一些可以輔助理解的詞匯，例如複製、克隆、贗品、山寨等。

如果使用“複製”這個詞來對比Twin，顯然（rán）有時序上的問題，Twin具有“同時生成”的意思，而複製是在看到一個物體並且了解了其各方麵的特征數據後，以合法或非法的（de）方（fāng）式，重新製作了一個。像與不像，要看複製的“手藝（yì）”了，彼此並非雙胞胎的關係。

如果使用“克（kè）隆”這個詞來對比Twin，也有時序上的先後。盡管克隆是一種生物複製技術，可以通過母體幹細胞而培（péi）育一個與母體一模一樣的生物體。但彼此不可能是雙胞胎（tāi）的關係（xì）。

如果使用“山寨”和“贗品”來對比Twin，不僅有時序上的問題，還有法律上的（de）著作權或（huò）專利權的問題。如前所述，在物理實體空間，如果（guǒ）複製一個物理（lǐ）實體，有做得像不像的“手藝”問題；在數字虛體空間，並無“手藝”限製，數字化（huà）的特性決定（dìng）了人（rén）們可以隨時隨地來百分之百地複製一個（gè）數字虛擬（nǐ）事物（如三（sān）維設計模型、微信文章等），但是如果未經許可，則構成偷竊或抄襲。

另外一個必須要考慮的問題，是（shì）物理實體和數字（zì）虛體的生命周期的（de）問題。物理（lǐ）實體往往都是有年限的，有生（shēng）命周期的，可以在本體上消亡（wáng）的（de），因此，如果（guǒ）一定要使用實體化的“雙胞胎”的概念，就難以避免這樣的尷尬，雙（shuāng）胞胎實體之一死了，另一個也就活不了多久了，因為誰都知道一對雙胞胎彼此的壽命是差不多的。而數字（zì）化的虛擬事物，則可能遠遠（yuǎn）超越它所對應的（de）、具有數字孿生關係的物理事物，在數字（zì）虛體中實現永（yǒng）生——因為（wéi）一旦（dàn）把數據寫入數字虛體（例（lì）如把數據發布或泄露到互聯（lián）網上），基本上就（jiù）是無法刪（shān）除、長久存在的，更（gèng）何況被人類作為智力資產而精心維護的（de）所有的數字化虛擬事物（如數字化產（chǎn）品、管（guǎn）理數據等）。

虛擬事物與（yǔ）實（shí）體事物（wù）之間的數（shù）字孿生關係如圖1所示。

圖1 數字孿生示意圖

從圖1可以清晰看出，“數（shù）”對“物”（虛體事物與實體事物）是數字孿生關（guān）係，“物”對“物”是物理複製或山寨關（guān）係，而“數”對（duì）“數”是數字鏡（jìng）像或拷貝關係。

五、小結

數字孿生（shēng）所對應的英文是“Digital Twin”，而不是“Digital Twins”。“Digital Twin”應該譯作數字孿（luán）生或數字映射更為貼切（qiē）。

數字孿生不是指（zhǐ）在數字虛體空間中的兩（liǎng）個一模一樣的（de）虛擬事物，那是數字拷貝或（huò）鏡（jìng）像。數（shù）字（zì）孿生是指在數字虛體空間中所構建的虛擬事物，與物理實體空間中的實體事物所對應的、在形態和舉止上（shàng）都相像的（de）虛實精確映射關係。但需（xū）要指出的是，相像歸相（xiàng）像（xiàng），甚至虛擬事物看著就像真的實體事物（wù）一樣，但是一實一虛，彼此在本質上不是一回事（shì）。這是理解（jiě）該術語（yǔ）的關鍵點。

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