数字孪生已成为最炙手可热的概念。这一概念的优点是具体直观，易于理解。望文生义也好，顾名思义也罢，说者言语一出，听者便猜出大概。与此有关的文章铺天盖地，讲座也层出不穷，但大多数要么停留在溯源和概念层面，要么谈论某个具体案例，缺乏系统的理论框架。

数字资产

数字孪生体作为一种数字资产，其中的数据就像生命体的基因。它的积累、管理、追溯和共享既是其存在的基本特征，又是其进步的必要手段。数字资产通过传承、协同和进化，向历史学习，向他人学习，从而实现持续成长。人类之所以进步，是因为我们的祖先通过将他们的思想和成果用文字的方式流了下来，使得我们可以传承祖先的智力资产，可以向老子问道，向孔子习理，向牛顿求知，向亚里士多德讨教。

数字线程和云计算是进行数字资产处理的关键技术。数字线程将物理对象的全生命周期的各数字孪生体之间的数据资产进行传递和追溯，从而实现优秀基因遗传。云计算则将不同物理对象的数字孪生体之间实现共享和协同，从而实现平庸基因进化。

我们把这个过程称为“共智”，使数字孪生体出现“社会性”特征。同一物理对象在生命周期的不同阶段有不同的数字孪生体，数字资产记录了数字孪生体整个生命周期中的全息数据，并反映这些数据在数字孪生体整个生命周期中的演变路线，但相同对象的孪生数据必须关联和传承。物理世界的多样性决定了其对应的数字孪生体的多样性，世界的普遍联系决定了数字孪生体的普遍联系。人与人之间具有联系构成了人的社会，数字孪生体之间的联系构成了数字社会。

“共智”实现了不同数字孪生体之间的智慧交换和共享，多个数字孪生单体可以通过“共智”形成更大和更高层次的数字孪生体，这个数量和层次可以是无限的。《阿凡达》电影中的潘多拉星球是个物与物天然共智的世界，也许是人类科技所限，地球的各物件之间是否能天然共智尚不得而知，但通过数字孪生体，我们可以实现地球上物理世界的共智。

人机交互

人机交互是人类与数字模型打交道的直观可视化界面。这里可以展示数字孪生体的数据，了解数字孪生体的状态，也可以操作和干预数字孪生体，同时实现对物理对象的干预。

数据的可视化展示技术以及虚拟现实技术是人机交互的两个重要技术。数据的可视化展示技术将数据和信息输出为高清、直观、可视化的、可交互的图形图像，通过对数据的操作可以实现与数字孪生体乃至物理对象的操纵。虚拟现实（包括VR、AR和MR）提供的深度沉浸技术让人类与数字世界交互模式可以与物理世界类似。

我们把这种特性称为“五官”。对人类来说，五官是人们相互认识、了解和沟通的界面，通过望闻问切基本可以了解人的身体状况，通过眼神和语言的交流可以了解人的精神状况。而数字孪生体的人机交互所提供的能力则超越了人体五官所能提供的功能。虚拟现实技术使数字化的世界在感官和操作体验上更加接近物理世界，让“孪生”一词变得更为精妙。但在数字世界中，人类又具有超人般的特异功能，可以无限驾驭数字世界，例如变换大小、穿墙而过、隔空取物、时空穿越等，将数字孪生体的应用推向极致。

在物理世界，有一种让社会系统或（和）技术系统（譬如机器、工厂、物流、城市、战场）充分发挥作用和价值的高效方式——应用系统，譬如ERP、PLM、MES、SCM、MRO等系统。这种高效方式在数字孪生体世界仍然可以采纳，但鉴于人在数字孪生体世界无所不能的自由特性，使得这个世界的类似系统可能不需要像物理世界那样割裂，也许会合并一个系统。

《黑客帝国（Mtrix）》电影为我们展开了一个奇特的应用系统，可以认为该系统整合了所有我国熟知的应用系统。人类与这个世界打交道的方式是：人的意识通过网络进入系统，与其中的各种数字孪生体进行交互。

生命特征

通过以上分析，我们认为，数字孪生体是一个具有思维能力、可持续进化的生命体。

当然，物理对象也具有天然的生命特征，但这种生命具有的特点如下：本能、直觉、条件反射、既定式、预设化、确定性、机械性、个体化。

数字孪生体的生命特征则有更多发展空间，使其可以进化到更加接近智慧生物：灵性、精神、思考、理性、推理、创造性、变通性、不确定性、生物性、社会性。

孕育与服役

数字孪生体是物理对象的数字化表达和虚拟镜像，这种物理对象可能是设备、产线、车间、工厂、企业、人群、城市、战场、物流、交通、电网、营销、流程等。这些对象都有研发、制造、供应、运维等过程。这几个不同过程，因为物理对象的成熟度不同，导致数字孪生体的适用性也不同。

1. 孕育

物理对象的研发与制造是数字孪生体的孕育过程，其本质是通过前置数字体提前优化未来物理对象，不是终极产品的孪生体，最多是试验对象的孪生体，是终极产品孪生体的前身或原型。从数字孪生体的成熟度要素来看，研发和制造阶段的“数字孪生体”有完整的数化和非实时先知能力，缺乏互动、先觉能力，具有可以与前代产品的数字孪生体共智获得优化设计的能力，但无法在真实运行环境中与其他数字孪生体实时共智。前置数字体往往不能作为未来运维过程的数字孪生体，但可以为运维数字孪生体的建立提供指导，也可以为物理世界的传感器配置提供指导。

2. 服役

供应与运维过程中，物理对象已经具备，其数字孪生体也可以完整建造，具备所有要素和特性，并可以实现交互、先知、先觉乃至共智，实现自我进化，可以通过数字孪生体实时优化物理对象的运行。此时的数字孪生体是个全职服役的孪生体，因此，物理对象的供应和运维过程才是数字孪生体的主战场。

成熟度

综上所述，基于数字孪生体的生命特征和进化规律，我们可以把数字孪生体的成熟度划分为：数化、互动、先知、先觉和共智。

各级别关键特征、核心技术和生命特征总结如下：

总之，数字孪生体系的成熟度模型反映了生物进化、个体成长以及社会发展规律。数字孪生体不仅仅是物理世界的镜像，也要接受物理世界实时信息，更要反过来实时驱动物理世界，而且进化为物理世界的先知、先觉甚至超体，最终形成可以互相共享智慧的数字孪生体社会。

关键技术

根据数字孪生体的生命体系结构和成熟度模型，数字孪生体的第一层关键技术包括建模、仿真、物联网，大数据（及AI）、云计算，第二层关键技术包括数字线程、虚拟现实（VR/AR/MR）、MBSE、区块链等。

总 结

生命体是在“物竞天择，适者生存”法则之下经过长期进化而来的系统，在完备性方面往往高于人造系统，在经济性方面优于人造系统。因此，用生命体作为一个人造系统的终极发展目标是一个合理的选择。

进化法则让所有生物都不会停留在简单体，而是会越来越复杂，也会越来越精密。在数字化时代，人们身边不停出现各种新型数字化技术，纷繁复杂，你方唱罢我登场，让人迷失在众多概念和技术中无法自拔。数字孪生体系的出现将终结这一迷乱困局。其实，从数字孪生生命体进化角度来看，这种现象很正常，也很好理解。任何新的或者旧的数字化技术都是构成数字孪生体的一个构件，且是阶段性的。今后，不论出现何种数字化单项技术，都应该是数字孪生体这个生命体的一个器官甚至是细胞。我们需要做的事情是，将这些新出现的单项技术安放在数字孪生体生命框架的正确位置，不仅能让这些技术更好地为我们服务，也可解决我们的困惑，让我们平静地与这些技术和谐相处。

当然，任何一种单项技术都会向着自成体系的方向努力发展，所以，数字孪生体所需的通常不会是某个单项技术体系的全部，应该是其核心要素。当前，数字孪生体作为新生事物，或者说是新近开始工程化应用的事物，对当前构成这个生命体的各个器官的整合方式肯定是设备级的集成。但随着我们对它的认识越来越深入，这些器官的融合肯定会走向原子级别，只取用这些器官中对数字孪生体有用的部分而舍弃其他部分。这些有用部分之间的结合不会像现在这样通过宏观接口来实现，而是通过微观茸毛来融合，使得数字孪生体的整体性和生命力都要更强！