研發(fā)數(shù)字孿生體
——計算力學(xué)從數(shù)值模擬和仿真升華到新的分支之一1)

隋允康 葉紅玲

(北京工業(yè)大學(xué)材料與制造學(xué)部，北京 100124)

1 殊途的管理學(xué)和力學(xué)全壽命同歸向DT概念

在計算力學(xué)中，進行一樁計算機數(shù)值模擬和仿真任務(wù)，得到計算結(jié)果之后，通常旋即結(jié)束；即使改變參數(shù)反復(fù)計算同一問題，也只是多次地打印結(jié)果和記錄文件?？墒?，11 年前，出現(xiàn)了對于飛機單機結(jié)構(gòu)體的“數(shù)字孿生體”的研究。該孿生體“生存”在電腦中的“數(shù)字時空”里，宛如實體時空中實體結(jié)構(gòu)的孿生兄弟：結(jié)構(gòu)實體若有動作，數(shù)字孿生體也隨之仿形動作。只不過這對孿生兄弟分別生活在實、虛兩個空間里。

建立實體對應(yīng)的數(shù)字孿生體，標(biāo)志計算機數(shù)值模擬和仿真的理念、方法和技術(shù)的升華，說它是重大的進展，在計算力學(xué)中并不為過。它起源于digital twin（數(shù)字孿生體，以下簡稱為DT）的概念。開始出現(xiàn)的DT 在18 年前，不屬于計算力學(xué)，只是攸關(guān)一般的產(chǎn)品[1]建立數(shù)字化模型。DT 概念的出現(xiàn)有兩個演化路徑：其一是從PLM（product lifecycle management）→DT，即產(chǎn)品生命周期管理→數(shù)字孿生體；其二是從PT（physical twin）→DT，即實物孿生體→數(shù)字孿生體。

從PLM→DT 的演化路徑，最初出現(xiàn)在密歇根大學(xué)Grieves 教授的思路里：2003 年，在PLM 課程上，他提出了對應(yīng)于現(xiàn)實空間的虛擬空間概念[1-2]；Grieves 在其發(fā)表的著作[3]中，提出了鏡像空間模型（mirrored spaces model）的概念；后來他在其所撰寫的白皮書[4]中詳述了DT 概念，其中提到，他在前述的2011 年書中[3]就引入了“數(shù)字孿生體”概念，也歸功于與他一起工作的NASA 的Vickers；二人接著合寫了文章[5]。

從PT→DT 的漫長演化路徑開始于NASA，延伸到美國空軍研究實驗室。眾所周知，1961 年到1972 年組織的阿波羅計劃（Apollo program），實施一系列載人登月飛行任務(wù)?！?br>