专家对话之李培根｜依托工业互联网与5G，打造数字孪生应用生态系统

中国江苏网6月18日常州讯 6月18日，2021世界工业与能源互联网暨国际工业装备博览会在常州开幕。中国工程院院士、华中科技大学教授、中国机械工程学会理事长李培根发表了以工业互联网与5G——数字孪生的重要支撑为主题的主旨演讲。

工业4.0核心理念是CPS，通俗讲就是数字世界和物理世界的深度融合。数字是最能够体现CPS的，李培根认为未来新一代的制造最大的特点或者说最重要的特点之一就是数字孪生。

什么是物理生命体和数字孪生体？他表示，新一代（数字时代）制造的鲜明特点就是数字孪生，物理生命体是在“孕育”（即实体的设计开发过程）和服役过程（运行、使用）中伴随其数字模型的物理实体（如产品或装备）；数字孪生体是对服役或孕育过程中的“物理生命体”的数字化描述。李培根将数据比喻成物理生命体的“血液”，数据及智能赋予物理实体以“生命”，而数字孪生是智能装备的“灵魂”。

“数字孪生不是几何的，而是物理的，更是动态的。”李培根认为，在机器装备运行过程中，需要关注它的下一刻状态，通过数字孪生技术能看到未来的存在。“下一刻的状态和未来的演化非常重要，通过对运行过程的数字孪生模型进行分析，可以控制运行。”

李培根用自动驾驶举例对场景孪生加以说明。在未来交通数字孪生云平台的构想中，有高带宽、低延时的5G通信链路，可以将感知到的信息实时传到路侧或云端，云智能系统也会将调度信号高效推送给客户或路侧单元。“对周围的场景没有感知，就很难做出实时的判断。”

因为有数字孪生，可以把一些物理实体看成是物理生命体，生命体的含义就是有质感，有自我意识，能够自我控制，以前传统的装备是没有这种能力的。数字孪生的一个关键内容，在于和物理生命体的共生，所谓共生就是在全生命周期，数字孪生体是和物理实体联系在一起的。以前也有各种数字技术，比如数字样机，数字孪生是新概念，但是数字样机显然不是在全生命周期，不是在整体，更不是在共生的意义上。

李培根认为，数字孪生模型尤其是机器装备运行过程中，要关注它下一刻的状态是什么？数字孪生是被时间规定的，看到未来的存在，下一刻的状态，未来的演化，这个非常重要。

孪生的一个很重要的场景是未来智能网联汽车。数字孪生，场景非常重要，中国搞智能网联汽车，就是车、物、云融合，这里面都包含场景的孪生。过程孪生也很重要，以前不存在这种定义，尤其是机器装备运行过程中，真正的一个机器装备的孪生体，是在不断变化。运行过程中，各种参数发生变化，数字孪生体也是在不断变化。

假设建立一个人的数字孪生模型，不光是外形，人的血压、血脂、呼吸心跳这些都是随着时间在不断变化的，这些孪生数据的变化，也意味着孪生模型的变化。孪生不仅仅是针对产品，还包括使用者，因为这个过程是和使用者联系在一起的。

孪生的一个很重要的场景是未来智能网联汽车，就是车、物、云融合这里面都包含场景的孪生。汽车的数字孪生品不仅仅是汽车，汽车的开车的过程一样需要，同一个型号的汽车，但是每一个汽车不是一模一样，数字孪生是不一样的，每一辆车的过程是不一样的，例如特斯拉针对每一辆售出的车都建立了数字孪生模型。

对于如何构建数字孪生，李培根提出，数字孪生的魂要体现在物理系统运行的环境与系统中、过程中，孪生的实现关键在于软件。

工业互联网（物联网）、能源互联网、5G也都是数字孪生应用的关键技术支撑。首先是仿真，很多的仿真软件，尤其是在产品开发的过程中，需要用到一些仿真软件。在产品物理运用过程中开发的，基于仿真的数字孪生就需要很多的仿真软件，这也是现在中国工业软件很薄弱的一个环节。还有一个多物理的仿真，不光涉及到机械问题，还有电、磁、热、液压等等，是一个多物理。还有基于数字孪生技术的仿真，不再是离线的，可以与真实世界建立永久实时交互的连接。