若用哲學去思考數(shù)位雙生技術(shù)，都說科學的盡頭是哲學，數(shù)位雙生的盡頭當然也是哲學。首先我們要建立正確的數(shù)位雙生的哲學三觀。也就是建立數(shù)位雙生的世界觀、價值觀和人生觀。
首先談到的是數(shù)位雙生的世界觀，我們經(jīng)常聽說，有什麼樣的世界觀，就有什麼樣的人生觀和價值觀。讓我們首先把思維，穿越到人類誕生之初，我們的古猿祖先是如何認識世界和改造世界的。
在舊時期時代，人類的製造業(yè)是石刀和石斧，基礎建設產(chǎn)業(yè)是有巢氏教會我們搭建簡易的樹屋，生命科學產(chǎn)業(yè)是神農(nóng)氏教會我們嘗遍百草，我們的祖先在做這些事情的時候，在他們的腦海裡，一定有石刀和石斧的樣子，有樹屋與百草的樣子，正是這樣的腦海雙生，指導著我們祖先，打造最簡單的石刀和石斧，建造最簡單的樹屋。
那個時候知識的承載方式是語言雙生；來到青銅器時代，文字的誕生，承載知識的主要手段變成書籍雙生；人類進入工業(yè)革命後，又帶來照相術(shù)和攝影術(shù)，多媒體雙生成為書籍雙生的輔助手段。直到上個世紀末，隨著電腦時代的到來，數(shù)位完全成為知識承載的重要手段。
在數(shù)位雙生時代，人類認識世界和改造世界的手段發(fā)生了什麼樣的變化？
當然我們?nèi)祟愓J識世界和改造世界最原始的手段就是運用我們的五官去直接體驗，比如透過視覺，人和動物感知外界物體的大小、明暗、顏色、動靜，獲得對生物生存具有重要意義的各種資訊，至少有80%以上的外界資訊經(jīng)視覺獲得。當然還有聽覺、嗅覺、味覺和觸覺。
我們對客觀世界感知到的部分稱之為體驗世界（E-World），我們可以將感知到的事物，在我們心目當中產(chǎn)生的印象稱之為體驗雙生。
由於人類感官的侷限性，我們所能夠感知的資訊，距離越近感知越多，距離越遠感知越少，我們對客觀世界的體驗是局部的、有限的、模糊的。
「君子性非異也，善假於物也」。為了更精確的理解世界、認識世界和改造世界，人們發(fā)明了各種各樣的測量器具，來幫助我們更精準的認識世界。從古代的尺規(guī)，到今天的感測器，讓我們能夠更快更準確的獲取客觀世界的各種參數(shù)資訊。基於這些參數(shù)資訊建構(gòu)的世界，我們稱之為測量世界（M-World）。透過對這些資訊的分析，我們來預測可能產(chǎn)生的失效並消除風險，或提升工廠的生產(chǎn)效率。
由於測量設備與測量精準度的有限性，我們採用測量方式，建立的測量資料世界，必然是碎片化的、帶有測量誤差的、有延遲的結(jié)果。
藉由電腦建模技術(shù)，我們可以在數(shù)位世界裡建立虛擬產(chǎn)品、虛擬工廠甚至虛擬城市。我們可以稱之為真實世界或客觀世界的虛擬雙生。
虛擬世界（V-World）是理想化的世界，虛擬雙生之上能夠承載人類對客觀世界已知的知識。透過測量的方式獲取的外部資訊，我們通常只能做到所以然，是事物運行的結(jié)果；而虛擬雙生要求我們瞭解事物運行的機制，能夠?qū)崿F(xiàn)知其然、知其所以然。
由於其知識承載的不完備性，我們?nèi)祟惤ㄔ斓奶摂M世界，也是局部的、有限內(nèi)容的、非精確的，為客觀世界的一部分。
既然三種認識世界的手段都是碎片化的、非精準的，我們通常會將三種不同的手段結(jié)合在一起使用，比如我們可以將實際工廠裡的運作資訊，近乎即時的顯示在虛擬人生工廠的相關設備之上。
我們建立實測世界、虛擬世界和體驗世界的最終目的，就是為了提升人類的體驗，就是為了要獲得產(chǎn)品的最佳體驗。
接下來我們首先探討一下，在實測世界裡面，我們到底有什麼樣的測量手段來獲取客觀世界的資訊。
度量衡學包括涉及測量理論和實用的各個方面，不論其不確定度如何，也不論其用於什麼測量技術(shù)領域。
這是國際度量衡局（International Bureau of Weights and Measures；BIPM），國際標準組織（International Organization for Standardization；ISO）與國際法制計量組織（International Organization of Legal Metrology；OIML）以及國際臨床化學和檢驗醫(yī)學聯(lián)合會（International Federation of Clinical Chemistry and Laboratory Medicine；IFCC）、國際純化學暨應用化學聯(lián)合會（International Union of Pure and Applied Chemistry；IUPAC）和國際純粹及應用物理學聯(lián)合會（International Union of Pure and Applied Physics；IUPAP）等七個國際組織聯(lián)合制訂的《國際通用度量衡學基本術(shù)語》中，對度量衡學的定義。
若按專業(yè)把度量衡分為十大類度量衡，即幾何量度量衡、熱學度量衡、力學度量衡、電磁學度量衡、電子學度量衡、時間頻率度量衡、電離輻射度量衡、聲學度量衡、光學度量衡、化學度量衡。
幾何量度量衡在習慣上又稱長度度量衡。按項目分類，包括：線紋度量衡、端度度量衡、線脹係數(shù)、大長度度量衡、角度度量衡、表面粗糙度、齒輪、螺紋、面積、體積等度量衡；也包括形位參數(shù)：直線度、平面度、圓度、垂直度、同軸度、平行度、對稱度等計量；絕大部分物理量都是以幾何量資訊的形式進行定量描述的，在度量衡單位中佔有重要地位。
國際單位制（SI），源自公制或公尺制，舊稱「萬國公制」，是現(xiàn)時世界上最普遍採用的標準度量衡單位系統(tǒng)，採用十進位進位元系統(tǒng)。
在國際單位制中，將單位分成三類：基本單位、導出單位和輔助單位。7個嚴格定義的基本單位是：長度（米）、重量（千克）、時間（秒）、電流（安培）、熱力學溫度（開爾文）、物質(zhì)的量（摩爾）和發(fā)光強度（坎德拉）。
測量時，要選擇合適的單位和尺度（Scale），比如長度的測量，新冠病毒的平均直徑為100奈米，質(zhì)子的半徑為0.831飛米（2019年11月測出來的結(jié)果，Nature雜誌，美國維吉尼亞州湯瑪斯·傑弗遜國家實驗室加速器混合式量熱計（HYCAL）；人類迄今為止觀察到最遠的星系（也就是紅移最大的星系），紅移值達到了11.1，對應著大約134億光年的距離。
一般說來，真值不可能確切獲知。不管用任何測量手段，測量結(jié)果與真值之間總是存在誤差，準確度是分析結(jié)果與真值的相符程度。準確度通常用誤差來表示，誤差越小，表示分析結(jié)果的準確度越高。誤差可以用絕對誤差和相對誤差來表示。絕對誤差是分析結(jié)果與真值之差，相對誤差是絕對誤差和真值的百分比率。
在實際應用中，我們經(jīng)常使用感測器來持續(xù)不斷的測量數(shù)據(jù)，或者說以某一時間間隔不斷的獲得測量資料。人們發(fā)明了各種各樣的感測器去測量數(shù)據(jù)，建構(gòu)測量世界。以達梭系統(tǒng)的3DEXPERIENCE MarketPlace為例，可以查詢到上萬種不同型號和品牌的感測器。
感測器的應用在現(xiàn)在的產(chǎn)品中十分常見。一臺新型的自動駕駛汽車上，可能會裝有數(shù)百個感測器，甚至有的手機都安裝了上百個感測器。
除了用感測器來測量數(shù)據(jù)，我們也會採用攝影機來捕獲人類的產(chǎn)業(yè)經(jīng)驗，透過攝影機採集的影音流和圖像數(shù)據(jù)，運用人工智慧的分析，來掌握人類在生產(chǎn)、生活中的經(jīng)驗。
運用3D雷射掃描設備，我們可以獲得大型設施，如工廠的點雲(yún)圖，甚至透過模型庫，藉由機器識別的演算法，快速建立工廠的模型。
從實測世界中的生產(chǎn)線、設備、產(chǎn)品、感測器等獲得的數(shù)據(jù)，彙集到雲(yún)端，形成工業(yè)大數(shù)據(jù)，建構(gòu)於網(wǎng)路上，形成工業(yè)網(wǎng)路（Industrial Internet）。以對工業(yè)大數(shù)據(jù)的分析為基礎，達到提升效率、降低成本的目的。
| 圖10 : 實測世界 / 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) |
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以工業(yè)大數(shù)據(jù)為基礎的工業(yè)網(wǎng)路，受限於實測世界的限制，也就是不管怎麼做都會有碎片化、有時間延遲、有誤差，而工業(yè)網(wǎng)路的未來演進，也會圍繞著如何部署更多的感測器、獲取更多的資訊、提升感測器的測量精準度、提升資訊獲取、資訊傳輸和資訊運算的速度等方向進行。
| 圖11 : 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的未來演進 |
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摩爾定律在工業(yè)網(wǎng)路的演進過程中，能夠發(fā)揮一定作用，工業(yè)大數(shù)據(jù)每兩年新增的速度，大致上是符合摩爾定律的。為了實現(xiàn)更快的資訊傳輸，通訊能力也每隔10年上升一代，未來10年是5G的時代，依此類推，2100年將進入13G的時代。
以上我們談到的是如何建構(gòu)實測世界。透過測量，往往我們只能夠獲得表面的資訊、外在的資訊。我們只能透過這些外在的資訊進行有限的內(nèi)在機制的推理。比如說一些工業(yè)網(wǎng)路的專案，採集了一條生產(chǎn)線上感測器和裝置的資訊進行分析，試圖透過這些資料的分析，來提升產(chǎn)品的品質(zhì)，或者生產(chǎn)效率，但由於是先有生產(chǎn)線，再有工業(yè)網(wǎng)路，能夠改善的空間是有限的，如果生產(chǎn)線本身的工藝設計和工廠佈局就是不合理的，透過工業(yè)網(wǎng)路的手段是很難發(fā)現(xiàn)的。通過虛擬工廠、虛擬雙生的手段，則可以從根本上解決這些問題。
作為產(chǎn)品設計的重要手段，在電腦中建立產(chǎn)品的虛擬雙生，應用已經(jīng)十分普遍。今天我們能夠見到的絕大多數(shù)產(chǎn)品，尤其是複雜的產(chǎn)品，這裡產(chǎn)品的概念指的是廣義產(chǎn)品的概念，涵蓋了製造業(yè)，從工廠裡生產(chǎn)製造出來的產(chǎn)品，以及我們建造的市政工程建設和建築乃至城市、藥物和各種化工材料，在產(chǎn)品的研發(fā)階段，都多多少少地應用了虛擬雙生技術(shù)。
| 圖12 : 虛擬世界/ 虛擬雙生發(fā)展的五個階段 |
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在虛擬雙生技術(shù)的不斷演進過程中，達梭系統(tǒng)在過去接近40年時間裡，引領了虛擬雙生的五次革命性發(fā)展階段。
從最早的幾何雙生（從2D向3D轉(zhuǎn)化），到1989年的多學科虛擬雙生（數(shù)位樣機時代）、1999年的產(chǎn)品生命週期虛擬雙生（3DPLM - 產(chǎn)品生命週期管理）、2012年的3D體驗雙生，來到2020年提出的人體虛擬雙生體驗（Virtual Twin Experience of Humans）。
在上個世紀80年代初，CATIA將產(chǎn)品設計從2D升級到3D設計，帶來了所見即所得的技術(shù)。從尺寸、材質(zhì)、外觀上，逼真地表達產(chǎn)品的幾何外觀雙生。幾何外觀雙生承載了產(chǎn)品幾何外觀的知識。
| 圖14 : 虛擬世界/基於模型的多學科多專業(yè)數(shù)位雙生 |
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承載產(chǎn)品內(nèi)在知識的雙生是多學科多專業(yè)虛擬雙生。通過對多學科多專業(yè)虛擬雙生建模，支撐產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)、材料、熱學、流體、電磁學、系統(tǒng)工程、地球物理學、化學、生物學方面的知識。
除了考慮產(chǎn)品的最終狀態(tài)，我們在增加時間維度，將產(chǎn)品的生命週期，完全涵蓋進來，包括產(chǎn)品的成熟度，從0%~100%，包括產(chǎn)品從搖籃到墳墓的整個歷程，建構(gòu)產(chǎn)品生命週期雙生。
除了考慮產(chǎn)品本身，我們還需要建構(gòu)產(chǎn)品的上下文知識與產(chǎn)品的各種使用場景，我們就需要構(gòu)造3D體驗雙生。
從原子到分子，從分子到材料，從材料到零件，從零件到部件，從部件到產(chǎn)品，從產(chǎn)品到應用場景，從基礎建設到城市，從城市到國家，從國家到星球，我們最終能夠建構(gòu)從原子到星球的虛擬雙生。
建構(gòu)虛擬雙生世界，涉及到不同等級的複雜程度。一個典型的製造業(yè)的產(chǎn)品：汽車，大概有3萬個零件組成；人類建造的最大的單體產(chǎn)品：航空母艦，通常由10億個零件組成；人類建造的城市：數(shù)百萬棟建築；麒麟990的晶片：整合了上百億的電晶體；而生命的複雜性遠遠超過人造的這些產(chǎn)品，人體是由大約37.2萬億細胞組成，每一個細胞在一個週期要生產(chǎn)4200萬蛋白質(zhì)。
能夠建構(gòu)虛擬世界，就意味著人類掌握了虛擬世界的知識。將為人類的未來帶來更多突破性的進展。
在未來20年裡，我們將能夠建立基本完整的人體虛擬雙生，醫(yī)學也將進入一個全新階段。今天的醫(yī)院，治療體系還是以實測世界為基礎的，透過體檢的各種參數(shù)、體溫和白細胞指數(shù)等等指標，來進行診斷、制定治療方案；而當我們能夠建立人體虛擬雙生的時候，根本就不會等到疾病產(chǎn)生的時候再去治療，我們能夠獲得永續(xù)的健康，擺脫任何疾病的困擾。
我們通常講，藉由我們的五官，我們能夠認識客觀世界。透過對5種感官的滿足，人類能夠獲得豐富的體驗。
體驗可以用來分享、體驗可以複製，體驗甚至可以成為商品，體驗已經(jīng)成為一種經(jīng)濟模式，也就是體驗經(jīng)濟。我們的食、衣、住、行，工作、生活和娛樂都是體驗，旅遊是體驗、感情也是體驗。
| 圖18 : 新體驗經(jīng)濟轉(zhuǎn)型 |
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在體驗經(jīng)濟的時代，各行各業(yè)的人類活動都圍繞提升體驗展開。產(chǎn)品的生命週期始於體驗，終於體驗，產(chǎn)品研發(fā)的反覆運算過程是體驗不斷升級的過程。在體驗經(jīng)濟社會，產(chǎn)品的定義應該用體驗來定義。
產(chǎn)品只一個，體驗千千萬。成千上萬的商品，被成千上萬的人所使用，我們每一天都在體驗不同的產(chǎn)品，我們每一個時刻都在體驗不同的場景。我們在網(wǎng)路和論壇裡，在各種各樣的社交場合去分享我們的體驗，所有的人類體驗，最終構(gòu)成體驗網(wǎng)路：Internet of Experience。
體驗世界（體驗網(wǎng)路）、實測世界（工業(yè)網(wǎng)路）和虛擬世界（從原子到星球到虛擬雙生）構(gòu)成了人類對客觀世界認識整體範疇。接下來，讓我們思考一下其他的科學技術(shù)。
Gartner公司的副總裁Jackie Fenn女士自1995年起開始每年推出新技術(shù)炒作週期曲線，在分析近千種最新技術(shù)的基礎上，去發(fā)現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新的規(guī)律。下圖是我收集的過去十六年的Gartner Emerging Technologies Hype Cycle曲線。因為這條曲線長得特別像中國的黃河，於是稱之為「黃河曲線」。
讓我們一起思考一個問題：Jackie Fenn的黃河曲線講了如此眾多的技術(shù)，哪一種技術(shù)才是最重要的？哪一種技術(shù)可以涵蓋所有其他技術(shù)？
歷史上最偉大的科學家之一，牛頓統(tǒng)一了天上的力學和地上的力學；麥克斯韋統(tǒng)一了電學和磁學，創(chuàng)造了電磁學；楊振寧開創(chuàng)的楊-米爾斯場統(tǒng)一了強力、弱力和電磁力，愛因斯坦一輩子的夢想就是把相對論和量子力學統(tǒng)一起來，把四種力：強力、弱力、電磁力和引力統(tǒng)一起來，最終也沒有實現(xiàn)。
今天世界上有這麼多先進的技術(shù)，能不能用一句話把所有的技術(shù)都連接在一起？有沒有一種技術(shù)能把所有的這些技術(shù)統(tǒng)一起來？這種技術(shù)就是數(shù)位雙生。
| 圖21 : 統(tǒng)一技術(shù)：數(shù)位雙生 |
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因為我們?nèi)祟愓J識世界和改造客觀世界的手段，都可以歸結(jié)為實測世界，虛擬世界和體驗世界，因此認識世界和改造客觀世界的技術(shù)，都可以歸結(jié)為數(shù)位雙生的技術(shù)，數(shù)位雙生就是這個大一統(tǒng)的技術(shù)。感測器技術(shù)、雷射掃描技術(shù)、三座標測量儀、機器學習、擴增時、工業(yè)大數(shù)據(jù)、工業(yè)網(wǎng)路、ERP、MOM等等，這些技術(shù)都是建構(gòu)實測世界的技術(shù)。
虛擬雙生（Virtual Twin）、CAD、CAE、CAM、VR、3D列印、PLM等等，都是屬於構(gòu)造虛擬世界的技術(shù)；3DEXPERIENCE、數(shù)位社區(qū)、人工智慧、感測質(zhì)量等等，都是屬於構(gòu)造體驗世界的技術(shù)。
有人說21世紀是材料科學的世紀，也有人說21世紀是生命科學的世紀，但既然我們研究材料科學和生命科學，背後使用的都是數(shù)位雙生的技術(shù)，21世紀當仁不讓就是數(shù)位雙生的世紀。
為了讓人類的所有知識和技術(shù)，所有認識世界和改造世界的手段，放到一個平臺裡面去支撐，我們就需要一個一體化的、數(shù)據(jù)驅(qū)動的虛擬雙生體驗平臺，將實測世界的資料和技術(shù)手段、虛擬世界的多學科多專業(yè)知識以及虛擬雙生相關技術(shù)、體驗世界的人類體驗結(jié)合在一起，為人類、為企業(yè)和個體提供3D體驗環(huán)境，幫助人們進行永續(xù)創(chuàng)新，實現(xiàn)產(chǎn)品、自然和生命的和諧狀態(tài)。這就是達梭系統(tǒng)提出的3D體驗平臺。
3D體驗平臺秉承一個核心理念，就是要以提升產(chǎn)品的體驗為核心。藉由工業(yè)網(wǎng)路、虛擬雙生、體驗互聯(lián)網(wǎng)三個世界的構(gòu)築手段，以定義體驗、驗證體驗、交付體驗為主要服務內(nèi)容，以不斷的推出更好的體驗，來驅(qū)動人類歷史向前。
| 圖23 : 體驗思維提供創(chuàng)新架構(gòu) 3D體驗平臺支持虛擬雙生體驗 |
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因此，我們可以總結(jié)為：21世紀是數(shù)位雙生的世紀、21世紀的平臺是3D體驗平臺。
（作者為達梭系統(tǒng)大中華區(qū)技術(shù)總監(jiān)馮升華博士；圖片來源：達梭系統(tǒng)）
