北航王理教授谈数字孪生与工业元宇宙

不管是元宇宙也好、Web3.0也好，还是数字世界中产生的数据，有的跟物理世界直接关联的，那数字孪生过来。再就是原生数据到底能不能确权，能不能进行质量评价，能不能进行价值评估，能不能入表，能不能披露。如果它确实能够为企业带来收益，那就可以成为数字资产。北京航空航天大学教授王理老师在2023中国数据与存储峰会发表深入洞察。

原来的元宇宙很多是从数字孪生说，虚拟世界的圈和现实世界的圈大小差不多，虚拟世界、数字世界里面会产生更多的与物理世界不一样的东西。这对实体经济或实体中的数字中国五个方面到底有什么影响，有很多可以研究的。

我们跑青岛开的元宇宙总决赛，全国搞了几个赛区，最后有一个总决赛。会发现元宇宙从下半年慢慢不敢说了以后慢慢它起来了。我当时就梳理了一下，首先所有的生产力决定生产关系，技术跟不上再扯又扯了。去年记录元宇宙的VR、AR演进没跟上，最后火就熄了。现在技术的革新带来了推动力，刚才陈老师提到ChatGPT马上1周年了，明天是ChatGPT1周年。你们想短短一年以后，根据陈老师那几个图，这个时代越来越短。有一个下尿体，多少年前到现在下尿了，时间越来越短了。ChatGPT不到1年的时间在全世界，中国在这块有一点落后，很多人连大模型手机上都没装。这个大大滞后了中国赶超的机会，这是技术上的革新。各个地方国家和部委都在有政策上的支持，希望大家关注一下数据20条和数据资产，这是一个巨大的机会。我们以后在数字世界中，数字经济中如果不把这个东西变成资产就没有办法使大家推动起来。这次香港开了接近300次的有关Web3.0也好、虚拟货币的会，它实际上是一个大的信号，大家关注一下。

技术上，前几天报道的，苹果说我这个东西出来了，与众不同的是什么？它不光在游戏界，它已经跨界运行，可以治疗你的焦虑。眼动仪，我们学院从欧洲48万买了一套眼动仪。人家说好一点的能治眼病，但是我们是来捕捉看广告、飞行员驾驶中眼动的情况。当时三星早说把眼动的功能植入手机上，你可以看到新的进入元宇宙的设备，它实际上越来越具有使你沉浸感也好，身里心里上的融入。福布斯说有这样的一些功能，还有今年出现的用元宇宙和ChatGPT结合和大模型结合之后使虚拟世界的应用越来越具有新的变化。所以，这种入口也好，新的技术也好，不光可以使元宇宙存在的缺陷逐渐被弥补，另外一方面和新的技术结合，跨界结合使得生态建立的更加完善。

上次青岛元宇宙大赛，其中一个企业能把合成香味。气味用300多种元素挂在脖子上，那边出现玫瑰花的花香就出来了。多模态的，不仅是视觉和听觉，最后达到触觉、味觉。你们觉得搞游戏很好，实际上最大的用处不是在这方面而是军事和工业方面。大模型推出以后，谷歌多模态的技术得到军方的高度重视，这个可能会比ChatGPT带来的震撼更震撼。

这是不同的观点，3.0以后是通用人工智能和各种技术结合，这是一种说法。

我重点讲讲数字孪生。

数字孪生是我们和原来建模唯一不同是实时同步的数据传输，以虚控实，以实来驱动虚拟数字世界的变化，这是它的一个特点和过程，从美国的NASA，最著名的电影阿波罗十三号。阿波罗在太空出现问题之后，他在太空上怎么解决问题，实际上底下有一模一样的太空舱，底下模拟爆炸以后剩几个管子，怎么接，搞完以后给宇航员说你们怎么恢复。这套技术到现在登火星的情况是一样。火星建模，火星车往前开的时候，它底下模拟仿真说你什么角度什么速度，和底下完全是对应的。所以开始在航空航天应用比较早。现在航天在组装火箭的时候，火箭上有很多的管道线路密密麻麻的，原来装要拿图纸，现在戴AR的眼镜之后大大提高效率。所以它是广泛地应用在工业和军事。

数字孪生实际上使工业、军事、社会治理方面有更便捷，更适合创新的特征。随着摩尔定律出现，传感器的体积、精度、范围、多模态密集提出以后，使我们对现实世界高频，更加细腻的来去记录这个世界，同时成为数字世界的一些对应的建模方式。实际上，我们建立数字孪生也好，打造数字世界也好，更多的要为物理世界精确的运行，比如说工业上降本增效、绿色环保，这些东西可以低成本、高精度的对未来进行预测。

 数字孪生的技术应用在工业上更多的是所谓的故障诊断或健康管理、预防性维修。这个在航空航天上用的非常多，后来在民用用的就很多，大型的生产设备维修基本上就很少派企业的工人去现场维修，基本上跟交通指挥一样，每个设备就在企业内部的大的指挥上运行，都能看见，建模也是实施的。我记得很清楚，本溪钢铁厂，1200万买的沃尔沃挖掘车就停在那儿。说厂家得加润滑油，工人说就这几天加班赚奖金了，说没事，再开两天。结果一开暴走了。企业通过这种方式早就比使用者更加明确知道设备状态，然后提供一些前瞻性的维修保养。

这些技术在从军事和航空航天的复杂情况下开始向普通的工程上不断地移植。特斯拉有一些车已经不让往里面去了，为什么呢？里面8个摄像头，几个毫米波探测雷达，一进去之后周边的东西全都感知了。不仅是特斯拉，所有的智能汽车都有。从智能制造来讲，智能数据必然采集三类数据，一个是设备本身的运行数据，还有就是采集使用者和乘坐者包括周边人的信息，现在在智能汽车里面打开就发，全都拿走了，有秘密的话也别说，回家再说。人家智能设备天然就要有的，一个是设备本身信息，再就是搜集你的信息，再就是环境信息。李伯虎院士是北航学院的院长，后来3月当时写智能制造管理篇是我写的，特朗普上台的时候重新对中国大学实体名单排序，我们在美国名单上大学排第一。原来我们不敢说，我们觉得该说就说。这就是技术上的应用，我们为什么从工业视角上讲，军事视角不敢讲。美国《海豹突击队》，他们在内部训练的时候这些东西早就用了，为什么他们能抓本拉登，最后能达到心流的状态。最后那几个人进入战场要1小时来台阶状态，最后就达到心流状态。

工业是从产品的生命周期出来，所以就不断地扩展，扩展到城市这些地方去。在“十四五”从智能制造的时候就把虚实现实、VR、AR、MR和区块链都结合起来，实体经济是未来几十年立国之本，这块也是我们大的应用范围，包括叶老师也写了很多应用的东西。只要把工业方面搞好了，到其他方面都是降维打击的。如果工业上一毫米的差错，那这个件就完蛋了，工业上对这个要求很严格的。所以跟工业界打交道，你发现那些人一个个特别朴实。你到互联网公司一看，哪些人都是鲜衣怒马的。所以做工业方面很痛苦，原来我是搞飞机发动机的，太难了，搞故障诊断的时候不是你一个人瞎吹牛就完了。排除不了故障，那你真不能睡觉，所以工业上是有降维的。所以数字孪生从物理孪生开始，你到大的制造业企业，到日本的马自达，每造一个新车以后用木头造一个1：1的车，然后再装上面看有什么不好。肯定前面一定要有一个便宜的材料搞一个驾驶舱的东西，那是物理层面来走，那时候就是一个模型，我们会看见它的特点造成非高。实际上这个东西也不能丢弃，火星计划中还是有1：1实体的物体。

这是航天5院做的。航天五了保证安全，原来发射一个任务的时候，设计一个火箭要完全一样造两枚，就想这枚爆炸这枚还能用。民用航天为什么还没起来，很多人从5院跳出来自己搞航天，实际上这跟投入有关。他是以完成任务为目的，花钱不怕。但是民用的，你说你敢花钱不怕，投资人一看你的钱几百万又打漂了，马斯克没事，爆炸就爆炸，人家有钱。他刚开始也差点，再爆炸一次也够呛了，好在那一次成功了。这个跟他的高风险有关，高风险数字孪生的出现就为高风险降低提供了很好的手段。

所以数字孪生刚开始确实是从航空来的，刚才陈老师很多的先进的概念和理念，我们还是要先进的国家学习。你要想知道数字孪生最先进的，你看看美军的，看看欧洲的，你看看回来就很先进了。你要知道他每年打那么多仗，他要以各种各样的手法减轻伤亡率，必须用这种方式来去打仗，所以俄乌冲突，技术手段对战争的影响有点出乎意料。现在新的技术手段的追踪，作为科技界也好，作为工业界也好必须要关注这样的变化。全生命周期、实时双向的成为数字孪生。从阿波罗13号半数字孪生模拟系统到美国空军的实验。航空航天距离太远，试错成本高，系统庞大复杂。实时状态远，有个手机距离太近了，什么事都知道，这种技术再远也能感觉你近在咫尺，我就能知道你的状态。通信技术的发展、大数据的发展和传输的发展给我们带来的变化。

再一个数字孪生在这个过程中每一个设备越来越复杂，现在一个智能汽车上面装了很多东西，虽然没有发动机了，但是传感器智能设备，它全生命周期的维护很大。无人机，包括国外、国内很多无人机，无人机里面的构成，任何一个零部件出现问题以后就可能造成大的问题。你怎么能保证数据信息很好的传回来，能进行控制，这就有很多需要解决的问题，所以数字孪生提供了非常好的途径。

数字孪生不仅在军事上使用，各种各样的场景都在使用。虚实交融和元宇宙的概念和数字孪生是天然的联系。如果没有区块链就不好意思说元宇宙，不好意思说Web3.0，也不好意思说未来的数字资产。如果元宇宙中不说数字孪生，不说区块链，可能也是一个很大的区别。

还有数字孪生的卫星、数字孪生车辆，国家的重点专项都在走。国外的包括一些大的一些公司包括西门子对它都有好的应用，包括部门里的应用和工业上的应用都比较频繁。这里面有一个变化，从单独的孪生，原来以为是一些物理的东西最后把人和流程加进去，这时候成了组织的栾城，这也是融合变化的过程。一旦有了人的参与和后面管理的参与以后，数字孪生会发生很大的变化。这块有各种各样的应用。企业里面各种工程。

对数字孪生的定义也有一些经典的定义，从数字孪生到工业元宇宙也是跃升的过程，包括预测、描述、诊断、洞察都是从可靠性能材料上来说。可靠性很有意思，可靠性在大型设备，尤其是在军事上一直做，我们学院专门有一个可靠性学院，突然发现很多工程设备都要搞可靠性，把军用标准往民用走。

元宇宙是什么？我觉得三部大片得看看，我们可以实现梦中梦，我们可以重启元代码。谢谢大家！

未经允许不得转载：DOIT » 北航王理教授谈数字孪生与工业元宇宙