專家對話之李培根｜依託工業互聯網與5G，打造數字孿生應用生態系統

中國江蘇網6月18日常州訊 6月18日，2021世界工業與能源互聯網暨國際工業裝備博覽會在常州開幕。中國工程院院士、華中科技大學教授、中國機械工程學會理事長李培根發表了以工業互聯網與5G——數字孿生的重要支撐爲主題的主旨演講。

工業4.0核心理念是CPS，通俗講就是數字世界和物理世界的深度融合。數字是最能夠體現CPS的，李培根認爲未來新一代的製造最大的特點或者說最重要的特點之一就是數字孿生。

什麼是物理生命體和數字孿生體？他表示，新一代（數字時代）製造的鮮明特點就是數字孿生，物理生命體是在“孕育”（即實體的設計開發過程）和服役過程（運行、使用）中伴隨其數字模型的物理實體（如產品或裝備）；數字孿生體是對服役或孕育過程中的“物理生命體”的數字化描述。李培根將數據比喻成物理生命體的“血液”，數據及智能賦予物理實體以“生命”，而數字孿生是智能裝備的“靈魂”。

“數字孿生不是幾何的，而是物理的，更是動態的。”李培根認爲，在機器裝備運行過程中，需要關注它的下一刻狀態，通過數字孿生技術能看到未來的存在。“下一刻的狀態和未來的演化非常重要，通過對運行過程的數字孿生模型進行分析，可以控制運行。”

李培根用自動駕駛舉例對場景孿生加以說明。在未來交通數字孿生雲平臺的構想中，有高帶寬、低延時的5G通信鏈路，可以將感知到的信息實時傳到路側或雲端，雲智能系統也會將調度信號高效推送給客戶或路側單元。“對周圍的場景沒有感知，就很難做出實時的判斷。”

因爲有數字孿生，可以把一些物理實體看成是物理生命體，生命體的含義就是有質感，有自我意識，能夠自我控制，以前傳統的裝備是沒有這種能力的。數字孿生的一個關鍵內容，在於和物理生命體的共生，所謂共生就是在全生命週期，數字孿生體是和物理實體聯繫在一起的。以前也有各種數字技術，比如數字樣機，數字孿生是新概念，但是數字樣機顯然不是在全生命週期，不是在整體，更不是在共生的意義上。

李培根認爲，數字孿生模型尤其是機器裝備運行過程中，要關注它下一刻的狀態是什麼？數字孿生是被時間規定的，看到未來的存在，下一刻的狀態，未來的演化，這個非常重要。

孿生的一個很重要的場景是未來智能網聯汽車。數字孿生，場景非常重要，中國搞智能網聯汽車，就是車、物、雲融合，這裡面都包含場景的孿生。過程孿生也很重要，以前不存在這種定義，尤其是機器裝備運行過程中，真正的一個機器裝備的孿生體，是在不斷變化。運行過程中，各種參數發生變化，數字孿生體也是在不斷變化。

假設建立一個人的數字孿生模型，不光是外形，人的血壓、血脂、呼吸心跳這些都是隨着時間在不斷變化的，這些孿生數據的變化，也意味着孿生模型的變化。孿生不僅僅是針對產品，還包括使用者，因爲這個過程是和使用者聯繫在一起的。

孿生的一個很重要的場景是未來智能網聯汽車，就是車、物、雲融合這裡面都包含場景的孿生。汽車的數字孿生品不僅僅是汽車，汽車的開車的過程一樣需要，同一個型號的汽車，但是每一個汽車不是一模一樣，數字孿生是不一樣的，每一輛車的過程是不一樣的，例如特斯拉針對每一輛售出的車都建立了數字孿生模型。

對於如何構建數字孿生，李培根提出，數字孿生的魂要體現在物理系統運行的環境與系統中、過程中，孿生的實現關鍵在於軟件。

工業互聯網（物聯網）、能源互聯網、5G也都是數字孿生應用的關鍵技術支撐。首先是仿真，很多的仿真軟件，尤其是在產品開發的過程中，需要用到一些仿真軟件。在產品物理運用過程中開發的，基於仿真的數字孿生就需要很多的仿真軟件，這也是現在中國工業軟件很薄弱的一個環節。還有一個多物理的仿真，不光涉及到機械問題，還有電、磁、熱、液壓等等，是一個多物理。還有基於數字孿生技術的仿真，不再是離線的，可以與真實世界建立永久實時交互的連接。