陶飞教授解读“数字孪生”

伴随着计算机科学和信息技术的不断进步，昔日科幻电影中对未来的描绘已一步一步变成现实，人们对未来世界的设想和憧憬也进入到了前所未有的“脑洞大开”阶段。

2002年，Michael Grieves提出用计算机建立一个跟实物完全相同的模型，这是数字孪生概念最早的雏形。接下来的十几年间，无数科研成果和实验案例验证了数字孪生概念的先进性，推动了数字孪生技术的发展。

作为国内最早一批研究数字孪生的学者之一，北京航空航天大学的陶飞教授及其带领的团队一步一个脚印，耕耘、见证并推动了数字孪生这颗种子在中国的落地、生根、开花和结果。伴随着数字孪生科研和应用的卓越创新与快速发展，数字孪生概念也进入大众的视野，得到普遍关注。

在创刊一年的时间里，Digital Twin 从无到有，获得了领域内学者的高度关注、支持和认可。为了让更多人了解到Digital Twin 期刊和数字孪生，我们很荣幸地邀请到Digital Twin 国际期刊首席顾问、北京航空航天大学陶飞教授，为科研人员深入介绍Digital Twin 期刊的资源与优势，与期刊编辑团队分享期刊运营的宝贵经验，并从学科资深研究者的视角深入解读数字孪生的发展与未来。

陶飞教授：

如果说过去一年我们在Digital Twin 整体工作上有一些成效，那么，我认为主要原因有如下方面:

第一，我们非常注重推动整个“数字孪生”研究群体之间的交流，努力做到“天天、月月、年年”，即天天有交流，月月有论坛，年年有会议。

“天天有交流”是指我们通过组建并运营高质量学术研究微信群，微信群里所有的科研伙伴大家亲密称为“Digital Twin Friends”，以数字孪生期刊的最新文章为主题和数字孪生最新学术研究成果，结合数字孪生期刊编委会成员的分享，及时高效地分享有关数字孪生的最新内容，以此引导群内的分享和交流。大家随时随地第一时间看到数字孪生的相关内容，整体感受是数字孪生就在身边，并不陌生，也不遥远。就分享内容而言，我们不只关注某一个人的成果，而是会广泛覆盖各个领域。比如分享“汽车+数字孪生”、“金融+数字孪生”以及更多行业与数字孪生的深入结合，目的是打开大家的研究思想和视野，让大家充分认识到数字孪生不是一个单元技术，不仅仅属于一个单一学科，而是一个应用非常广阔的多学科交叉的领域。

“月月有论坛”是指在微信群的活跃交流之外，我们也致力于为数字孪生领域的科研人员提供更多展示自己研究的机会。以此为契机，同时为了推动Digital Twin 期刊的健康活力发展，我们每6周左右组织一次数字孪生国际论坛（Digital Twin Global Forum, DTGF），DTGF截止当前已组织了7期。我们会将微信群组日常讨论所涉及到的热点需求与国际论坛紧密结合，例如，邀请群组讨论中非常受欢迎、研究备受认可的老师来到国际论坛中，通过网络在线分享并讨论他的研究和见解，因此论坛集结了数字孪生领域各个方向非常优秀的教授和知名学者。在此基础上，我们特别注重报告之后的问答和交流环节，以便与会人员更深入、具体地了解报告人的主旨内容。

“年年有会议”是指我们已经连续两年举办了大型的数字孪生国际会议（Digital Twin International Conference, DTIC）, DTIC是年度学术会议。在此基础上，我们计划条件允许的情况下，Digital Twin Friends每年基于DTIC进行一次线下面对面的交流和分享。交流对于同行学者而言是非常重要的，正因为不间断无私的交流和分享，才能够推动数字孪生的研究群体的不断壮大。

在交流方面，我认为比较成功的是我们的“数字孪生兄弟”计划，这个计划最早于2017年是和十二所国内高校的青年老师一起发起了数字孪生会议，我们以此为基础构建了“数字孪生兄弟”。

在交流方面另一个比较成功的尝试是交流不仅限于学术研究的交流，也将一些大型企业的实际应用需求纳入到交流中。例如，我们邀请某篇数字孪生研究文章的作者到应用企业，和企业进行沟通和交流。那么，期刊就起到了桥梁的作用，为企业、应用和学者的成果之间的融合牵线搭桥。

第二，通过国际、国内的论坛和会议，有效提升学者的“参与感”。

所谓“参与感”就是不把期刊孤立，不把作者孤立，不把读者孤立。每一次交流的机会，我们都邀请领域内比较优秀的学者来做报告。不论年龄，不论职称，只要研究做的好，我们就邀请他来会议和论坛上做报告，以此增强青年优秀学者的参与感。这份参与感让他感到自己在为期刊和研究领域贡献自己的力量。参与感得到了大家的广泛认同和支持，也成为论坛和会议能够成功举办的核心因素。从参与者的心理需求角度来看，实际上是学者的认同感，进一步而言是学者对学科发展由衷的使命感。尤其是中青年学者，他们特别需要支持和机会，所以我觉得Digital Twin 期刊恰恰是为包括青年学者在内的认真做研究的学者们提供了一个平台，让他们的学术成果被发现、被讨论、被欣赏。

第三，团队成员的无私奉献和通力合作。

Digital Twin 有一个非常大的团队，包括Taylor & Francis出版集团、F1000、我和我的数字孪生研究组以及我们国内数字孪生兄弟大群体。我们整个团队将Digital Twin 期刊当做我们的事业，期刊取得的成绩与团队无私的、不计个人利益的、真诚的投入密不可分，也与数字孪生国际期刊专家委员会各位前辈的大力支持紧密相连。

如果说期刊过去的一年取得了一些工作成果，那么以上是我个人非常看重的三点经验，也是期刊管理和运行的关键因素。充分调动学科领域内的研究人员群体进行积极踊跃的学术交流与讨论，主动为学术群体提供积极有效的学术交流和讨论的方式和方法，相信吸引高质量文章发表也是水到渠成的事情。

陶飞教授：

从学者的角度来看，我认为目前的热点主要有以下几个方面：

第一是工业4.0，得益于信息技术的发展，尤其是新一代信息技术与传统行业的广泛融合，为工业4.0带来了发展沃土。我们已经进入一个新的信息技术时代，这个时代对制造业、医疗健康、能源环境和生态等各行各业的变化产生影响。

其次是“数字化转型”和“智能化升级”。它们不仅限于制造行业，而是对各个行业和领域都产生了影响。

从整体来看，在国内，数字化转型和智能化升级是各个行业所面临的发展的必然趋势，数字化转型和智能化升级之后，再计划如何实现数字经济，特别是数字经济和实体经济融合。这些目标的实现需要多个单元技术的集成融合和创新使用，数字孪生就是这样的技术和理念。我理解国内某些行业的数字化转型和智能化升级还处于初级阶段，对技术的需求越来越多，对产品的研发越来越迫切。从这个角度来看，我觉得数字孪生的学术研究和工业应用领域的解决方案，甚至是工业软件和硬件产品的研制，未来应该呈需求上升趋势，应该说进入到数字孪生的第二个阶段，很重要的应用阶段。

从国际上来看，随着科技的高速发展，我们可以实现在一个虚拟世界里进行交流协作。目前，国际上关于数字孪生的研究，无论是从发表的文章的数量，还是从各个企业的战略布局来看，也是呈现增长态势。尤其在数字孪生与医疗健康的结合方面，2020年之后，国际上关于医疗健康与数字孪生的研究内容非常多。所以从国际来看，从工业的角度，从医疗角度来讲，这个趋势目前也是刚刚起步，呈快速的增长的一个趋势。

但是，目前无论国内还是国外都是处于数量变化的初级阶段。在学术研究的发展，工业应用的需求增长的同时，数字孪生也遇到很多的挑战。

首先，对数字孪生的概念，到目前为止还没有一个共识。我们可以看到做工业与制造的群体、做智慧城市的群体和做健康医疗的群体对数字孪生的认知和定义都不一样，因为大家都站在自己的行业需求的角度，去理解和认知。所以也需要有一个学术的出版平台，把大家的想法，百家争鸣的思想释放出来，发表出来，让大家去明晰这个理论和概念。对数字孪生概念的认知没有达成统一，我觉得是目前在数字孪生的交流和落地的应用还存在着一定障碍。

其次，学术界缺乏数字孪生比较完整的一套理论体系。大家都知道很多的学科，比如自动化学科、计算机学科有比较完整的理论或者课程体系，但是数字孪生是面向行业的应用，面向具体的应用场景，它会发生很多的变化，当前没有一套完整的理论体系。我觉得一定是由学者去探索，然后逐步工业上去实践，最后形成产品和解决方案。

从学术的角度，有很多的问题都需要我们去探索。具体来讲包括数字孪生的模型，“建-组-融-验-校-管”，这部分难度非常大，包括数字孪生数据的采集、传输、处理和使用。数字孪生的特征就是虚实的交互融合，这种交互的一致性、实时性、可靠性怎么去达成？

从应用的角度，概念不统一技术不完善导致难以形成标准。没有标准，在实际工作中的应用其实很难再去推广。未来标准怎么去制定？所以我们在Digital Twin 里专门设置了一个标准主题。我认为当前在数字孪生的概念、理论体系、标准以及统一的软件工具平台，这四个方面都有欠缺。

在我们面临的众多挑战之中，归根结底是人才培养。在这个多学科交叉的方向，对从业者的素质和专业背景要求很高，所以我也希望通过Digital Twin 这本期刊，让更多的人了解相关的知识，为这个领域的人才培养提供一个支撑。我认为以上是数字孪生目前所面临的挑战。

关于未来可能的爆发点，数字孪生起源于工业制造业，但从发展态势来看，它最成熟的应用场景可能不一定在工业领域。

目前来看，数字孪生已经在智慧城市、数字城市领域展现出非常强大的潜力和空间，效果非常好，我认为是一个爆发点。

第二个爆发点是数字孪生跟医疗健康领域的结合。从我们分析追踪文献来看，数字孪生与医疗健康结合的文章虽然出现的相对较晚，但是目前增长态势很快。我认为，未来在包括数字大夫、数字人、虚拟人等方面的医疗领域的研究和应用都是增长点。特别是“数字孪生”作为“元宇宙”的一个重要基础，伴随着“元宇宙”的发展，还会出现一些爆发点。

陶飞教授：

我认为交叉学科是新一代信息技术时代的创新源头，是很重要的一个策源地。在现有单一行业技术比较成熟的情况下，多个行业的成熟技术交叉就会产生新的模式。例如，为什么会有智能手机？这就是传统的工业和信息技术的交叉产生出新的模式。为什么会有微信？移动互联网和传统手机的结合，改变了我们现在的生活工作交流方方面面。所以说我觉得交叉学科是未来经济和社会往前发展的一个很重要的源头。

未来，科研领域更多的应该是做理论的、原创性的研究或者叫创造知识；企业应该是去创造产品，解决实际的问题。但是，科学研究应该基于社会产品和应用的需求，做一些理论的研究。从这个角度来讲，它也需要交叉，应该说是一种应用和需求为导向的基础领域研究和前沿技术领域的研究。

另外在应用方面也是一样的，我们现在很多新的模式，可能看单个技术都不难也不新，但是两个学科方向交叉起来，就会产生一些新的应用点，有新的群体。比如，刘德华在抖音开个人演唱会，从售票到宣传再到最后的体验，全是数字化的。这就是传统艺术和信息技术的融合，改变了用户的体验和获得感，也改变了商业的模式，所以说交叉会创造更多的应用场景和更多的应用机会，这是我的理解，非常感谢。