数字孪生之风，已经吹向各个领域。它与仿真到底有何千丝万缕的联系？仿真为数字孪生做出了哪些贡献？

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本期，我们特约中国工业合作协会仿真技术产业分会会长张霖以及安世亚太高级副总裁田锋与大家继续共同探讨“元宇宙、数字孪生、仿真”专题内容，了解专家观点，洞悉数字孪生与仿真之关联。

刚接触数字孪生的时候，我感觉半实物仿真像是数字孪生的雏形，半实物仿真是实物与虚拟之间的交换，看起来和数字孪生有点联系。您觉得这两者是什么关系？仿真为数字孪生做出了哪些贡献？

半实物仿真是从虚实交互方面确实和数字孪生有一定的相似性，但实际二者差别很大。半实物仿真属于仿真系统，包含数字模型和实物，因为如果实物太复杂，无法建成模型，就必须用实物来代替。比如导弹的导引头，其中的仿真环节可能是用于控制率的数学模型，导引图本身可能是一个实物。因此整个系统是实物和模型、数字之间构成的完整的系统。任何一部分拿出来整个系统都运行不了。

而数字孪生不太一样。数字孪生是把整个实物模型数字化，二者是平行的两个系统。它们之间的交互是孪生模型描述的整个实物特性，孪生模型和实物之间的交互也是虚实交互。从数据交互方面有些技术是相通的，但是它的含义是不一样的。

在孪生系统里，把孪生或者实物拿掉，系统仍可以独立存在、独立运行。但是半实物系统中把实物或者把数字部分拿掉，则不能构成完整系统，是不能独立运行的。这是二者之间的差别。

您刚才提到另外一个问题，仿真对数字孪生有什么贡献？这也涉及到关于仿真的概念。很多人在讨论仿真和数字孪生到底是个什么关系。不同的人，站在不同角度比较出来，关系都不一样，说法不统一。

到底什么是仿真？大家理解的仿真的内涵不同，从系统仿真的角度，仿真大的概念是一种模式或者是做事情的一种方式，物理对象不好做实验，我把它用模型来表示，用可控的模型来表示，然后通过分析模型研究物理对象，再把研究的结果反馈到物理对象里，最终为了改进优化，或者控制物理对象提供依据。所以仿真最简单的描述，是基于模型的各种活动，它的基础是要对模型进行操作，然后通过分析模型了解物理对象。从这个意义上去理解这个仿真，不管是系统仿真还是工程仿真或数字仿真，包含各行各业的做的各种各样的仿真，都属于大仿真的这个概念。

有些专家在比较仿真和数字孪生关系的时候，实际上用的是小仿真的概念，把仿真理解成其中某一个阶段，比如把计算部分叫仿真，或者把可视化部分叫仿真，或者在它自己领域里面做的事，比如工程领域CAE，做CAE时间长了以后，仿真想到的就是CAE，用它来比较数字孪生，与其他行业的人理解起来肯定是有区别的。

我一直是有一个观点，如果用大仿真的概念去比较的话，两者之间的关系，可能有些专家不同意：仿真和数字孪生其实就相当于数学和微积分的关系，仿真是个大的概念，数字孪生是仿真中的一项技术，或者说是发展到这个阶段出现的一种新的概念或方式。现在再回过头来说，仿真给数字孪生提供了哪些支持贡献？仿真里面所有的技术都可以支持数字孪生的研究。传统仿真更多的是针对机理模型，可以用数学、物理等规律、方程描述模型。数字孪生还有一类模型是针对非机理的相关性模型（黑箱模型）。以前在传统仿真里面针对黑箱模型的办法不太多，比如用经验公式，用简单的数据做一些曲线拟合等。现在有了大数据、人工智能之后，黑箱模型可能做出更加逼近物理对象的特性。

针对机理模型，传统仿真里面几乎所有的技术都可以拿来用。非机理模型在传统的仿真技术基础上，再加上人工智能新的技术，充实了这个数字孪生，反过来数字孪生也充实、丰富、发展了传统的仿真技术。我觉得是这样相辅相成的一个关系。

您从仿真更大化、泛化仿真的视角来看，仿真甚至比数字孪生概念还要大。

是的。有点类似于制造业里大制造的概念，大制造针对制造的全生命周期。从需求分析设计、然后到生产、再到维护、售后甚至到拆卸报废，整个全生命周期都叫制造。传统的小制造就是一个生产加工的过程，把原材料放到生产线，经过各种加工、装配变成一个产品，这个过程是传统意义上的制造。有时候虽然大家都在讲制造，但大家脑子里想的是不同的制造内容。仿真也是如此，我们讲仿真，很多情况下要看它的背景、前后文。包括我们自己写文章的时候，在同一篇文章里也会有不同的含义，但是我们很少用这个大、小去区别它，某种意义上这种理解会产生一些误解，仿真和数字孪生的多种讨论也可能是由于这些原因造成的。