數(shù)字孿生,竟起源于一場差點(diǎn)發(fā)生的災(zāi)難?
?數(shù)字孿生,這一目前炙手可熱的概念,實(shí)際上距離它的提出已有20年之久;距離它的萌芽,已過去了50年。
籍籍無名的它,在無人問津的黑暗角落蟄伏了太久。那么,數(shù)字孿生從提出到爆發(fā)這段時間,到底經(jīng)歷了什么?
本期,我們就來聊聊這個數(shù)字孿生的起源。
阿波羅13號驚魂
多年以后,當(dāng)吉姆·洛弗爾回想起那次在阿波羅13號載人登月飛船上遭遇的事故時,依然心有余悸。
當(dāng)時火箭已經(jīng)起飛近56小時,距離地球約33萬公里,正搭載著阿波羅13號向月球飛馳而去。一切似乎都在正軌上完美運(yùn)轉(zhuǎn)。
△ 阿波羅13號,圖片來源:維基百科
忽然,包括吉姆·洛弗爾在內(nèi)的3名宇航員的耳邊響起了巨大的爆炸聲,隨之駕駛艙被告警燈照亮,刺耳的報警聲響起。
△包括吉姆·洛弗爾的三名宇航員,圖片來源:維基百科
事后查明,這是阿波羅13號生活艙中的一個氧氣罐發(fā)生了爆炸,嚴(yán)重地?fù)p壞了主推進(jìn)器,對宇航員們的生命至關(guān)重要的氧氣,也正在向太空之中泄漏。
遭此變故,登月顯然是不可能了。
此時,數(shù)千名NASA(美國國家航空航天局)地面支持人員在之后3天半時間里夜以繼日工作的唯一目標(biāo),就是讓飛船上的三名宇航員安全回家。
△ NASA的后臺控制中心,圖片來源:維基百科
這無疑是一個非常巨大的挑戰(zhàn)。
值得慶幸的是,NASA最終挽狂瀾于既倒,成功地完成了任務(wù),讓吉姆·洛弗爾和他的同事們在危機(jī)四伏中毫發(fā)無損地走出了飛船。
這一讓人興奮的“奇跡”,到底是怎么做到的呢?
原來,與阿波羅13本體一同完成的,還有一套極其完整、高精度的模擬仿真系統(tǒng)。這套由多臺計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)組成的龐大系統(tǒng)包含了阿波羅13號的所有核心部件,以及用于培訓(xùn)宇航員和任務(wù)控制人員所用到的全部任務(wù)操作,自然也涵蓋了多種故障場景的處理流程。
△ 圖片前部的是登月艙模擬器,后部的是指令艙模擬器 圖片來自NASA
NASA通過和吉姆·洛弗爾及其他宇航員的通信,了解了飛船上哪些系統(tǒng)正常工作,哪些系統(tǒng)已經(jīng)故障之后,制定了一個大膽而周密的返航方案。
該方案沒有任何人實(shí)踐過,但卻必須確保萬無一失,任何的意外都意味著災(zāi)難的發(fā)生。
NASA將阿波羅13號當(dāng)前的配置狀態(tài),按質(zhì)量、重心、推力等參數(shù)輸入模擬器,再安排后備宇航員在模擬器上進(jìn)行操作演練,對每一個操作步驟的可行性進(jìn)行了充分的驗(yàn)證。
剩下的工作驚險而枯燥,就是宇航員們嚴(yán)格按照在模擬器上驗(yàn)證后形成的操作指令清單來執(zhí)行。果然,他們最終成功地回到了地球表面。
△ 阿波羅13飛行路線圖,圖片來源:維基百科
毫無疑問,造就了本次輝煌成功的頭號功臣,就是那套位于地面機(jī)房內(nèi),卻極其完整、高精度地復(fù)刻了阿波羅13號的模擬器。
多年后,它將會擁有一個更為響亮的名號:數(shù)字孿生。
2010年,NASA在其發(fā)布的《建模、仿真、信息技術(shù)和處理路線圖》中,正式提出了數(shù)字孿生的概念:
△ 數(shù)字孿生的最初定義,來源:NASA 《Modelling SimulationInformation Technology & Processing Roadmap :TechnologyArea 11》
“數(shù)字孿生,是一種集成化的多種物理量、多種空間尺度的運(yùn)載工具或系統(tǒng)的仿真,該仿真使用了當(dāng)前最為有效的物理模型、傳感器數(shù)據(jù)的更新、飛行的歷史等等,來鏡像出其對應(yīng)的飛行當(dāng)中孿生對象的生存狀態(tài)!
如此看來,最早明確提出“數(shù)字孿生”這一概念的,應(yīng)該是非NASA莫屬了。
數(shù)字孿生的發(fā)明者之爭
然而,現(xiàn)實(shí)就是如此的吊詭,目前大多數(shù)文章在追溯數(shù)字孿生的起源時,都會提到美國的Michael Grieves(邁克爾·格里夫斯)博士。
△ Michael Grieves(邁克爾·格里夫斯)博士,圖片來源:網(wǎng)絡(luò)
這到底是怎么回事呢?
讓我們把時間倒回到2016年。這一年,克爾·格里夫斯博士發(fā)表了一篇叫做《數(shù)字孿生:減輕復(fù)雜系統(tǒng)不可預(yù)測、不期望結(jié)果出現(xiàn)的行為》的文章,對數(shù)字孿生的類型和作用進(jìn)行了抽象而清晰的描述。
此外,該文章里還寫道,他在2011年一本書中,就已經(jīng)明確提及到了“數(shù)字孿生”,雖然當(dāng)時這些字眼僅僅是對數(shù)字孿生的前身“信息鏡像模型”的描述。
按克爾·格里夫斯博士后來的說法,他早在2002年針對產(chǎn)品生命周期管理(PLM)的一次演講中,提到的現(xiàn)實(shí)空間和虛擬空間的映射關(guān)系,已經(jīng)具備數(shù)字孿生的所有要素。
△ 數(shù)字孿生概念的早期模型,圖片來源:維基百科
好家伙,直接把數(shù)字孿生這一概念的提出時間提前了近十年。這也是業(yè)界普遍流傳Michael Grieves博士為數(shù)字孿生概念提出者的原因。
盡管存在諸多爭議,但從Michael Grieves博士在2006年、2011年、2014年、2016年陸續(xù)發(fā)表的諸多文章來看,他提出的產(chǎn)品生命周期管理、信息鏡像模型、以及后面對數(shù)字孿生的闡述,都在客觀上奠定了數(shù)字孿生的思想和理論基礎(chǔ)。
其實(shí),如果我們愿意,數(shù)字孿生這一概念的起源還可以追溯得更早。
在1991年,美國的David Gelernter就寫了一本叫做《鏡像世界》的書,里面已經(jīng)包含了數(shù)字孿生思想的萌芽。
△ David Gelernter,圖片來源:維基百科
在2004年,中國科研人員王飛躍也發(fā)表了一篇名為《平行系統(tǒng)方法與復(fù)雜系統(tǒng)的管理和控制》的文章,其中提出了平行系統(tǒng)的概念,這也已經(jīng)和數(shù)字孿生非常接近了。
△ 王飛躍,圖片來源:網(wǎng)絡(luò)
所以,我們不必刻意追究誰到底是數(shù)字孿生概念的發(fā)明者,關(guān)注這一技術(shù)方向可以在哪些領(lǐng)域得以應(yīng)用,能給我們的生活帶來什么樣改變無疑是更有意義的。
數(shù)字孿生概念的普及
數(shù)字孿生本質(zhì)上并不是一種技術(shù),而是一種解決復(fù)雜問題的方法論:在一個設(shè)備或系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,創(chuàng)造一個數(shù)字版的“克隆體”;該克隆體是“本體”的高精度模擬,并可實(shí)時和“本體”保持?jǐn)?shù)據(jù)同步;因此,任何要在本體上進(jìn)行的操作,都可以先在克隆體上進(jìn)行驗(yàn)證確保方案可行。
△ 數(shù)字孿生在工業(yè)制造中的應(yīng)用,圖片來源:網(wǎng)絡(luò)
也就是說,數(shù)字孿生的奧義,把“耐操”的克隆體作為實(shí)驗(yàn)對象來求取復(fù)雜問題的最優(yōu)解,從而避免不合理決策危及“脆弱”的本體。
從2017年起,Gartner將數(shù)字孿生列入其“超級周期”,這一概念隨之進(jìn)入大眾的視野,從此迎來了快速增長。
目前,數(shù)字孿生已在工業(yè)制造、智慧城市、基建工程等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用并不斷外溢,正不斷浸潤著我們的主業(yè):通信行業(yè)。
至于數(shù)字孿生到底能在通信中發(fā)揮什么樣的作用,就讓我們下期再來討論吧。
非常感謝大家能看到這里
來源:物聯(lián)傳媒
原文標(biāo)題 : 數(shù)字孿生,竟起源于一場差點(diǎn)發(fā)生的災(zāi)難?
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