作為元宇宙技術體系的一員，數(shù)字孿生技術與擴展現(xiàn)實、區(qū)塊鏈、云計算等技術共同構成了一個虛擬時空間的集合。數(shù)字孿生的概念模型最早于2003年由美國密歇根大學Grieves教授在進行產(chǎn)品全生命周期管理(PLM)課程講授時提出。經(jīng)過將近20年的迭代發(fā)展，數(shù)字孿生技術在不斷成熟的同時，逐漸展現(xiàn)出強大的軍事領域應用潛力。

數(shù)字孿生是什么

近年來，世界各地頻頻發(fā)生空難。試想，如果能為物理世界找到一個數(shù)字映射，在虛擬實體中及時察覺飛機的故障，甚至提前預測到非正常狀態(tài)，那么空難就有可能避免，而這個“為物理世界提供數(shù)字映射”的“東西”已經(jīng)找到，它就是數(shù)字孿生。

數(shù)字孿生技術是指在物聯(lián)網(wǎng)實時與歷史反饋信息的支持下，通過物理信息建模創(chuàng)建物理世界等價虛擬體，并基于計算機手段對物理實體進行實時監(jiān)控，動態(tài)仿真分析，達成對物理實體進行精確分析與決策的技術手段。數(shù)字孿生技術由多項技術支持，包括認知與控制輔助、建模支持、數(shù)據(jù)管理、數(shù)字孿生連接等技術。

數(shù)字孿生技術的原理并不復雜，和建筑行業(yè)做“模子”類似，建筑工地的“模子”是木板或其它制式材料，而數(shù)字孿生的“模子”是數(shù)字化。大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等技術的不斷發(fā)展及其集成應用，使得復制數(shù)字“鏡像”具有運行層面的實際意義。

數(shù)字孿生技術與虛擬現(xiàn)實技術存在較大區(qū)別。如果說虛擬現(xiàn)實技術構建的是一個完全虛擬的世界，那么數(shù)字孿生技術則構建的是一個虛擬的真實世界。雖然兩者都是虛擬，但是數(shù)字孿生與物理世界有著強交互性，具備雙向影響的能力。比如，數(shù)字孿生可通過數(shù)字世界對物理世界的事物下達指令、計算控制，也可以反向將物理世界的點滴變化實時映射到數(shù)字世界。

數(shù)字孿生技術的優(yōu)點很多。一是使用便捷便于創(chuàng)新。數(shù)字孿生使用數(shù)字化手段把物理設備的屬性映射到虛擬空間，便于人們在孿生體上全面了解物理實體，也便于在虛擬環(huán)境中進行創(chuàng)新操作。二是測量快捷便于數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)測量物理實體屬性、參數(shù)和運行狀態(tài)的方法成本高，可通過數(shù)字孿生體直接采集，提高測量效率。

三是便于分析預測風險。孿生體捕獲風險因素、操作場景等數(shù)據(jù)重建模型，分析預測維護故障，延長本體壽命。四是便于提升效率。依托孿生體模擬實驗，可以在不終止物理實體運行的情況下，探索相關改善方案。

應用意義

國防需求是顛覆性技術發(fā)展的重要推動力，各主要軍事強國紛紛抓住數(shù)字孿生技術在軍事領域的應用潛力，加大數(shù)字孿生技術軍事應用研發(fā)力度。那么，數(shù)字孿生技術融入國防建設會對軍事領域帶來什么變化呢？

推動戰(zhàn)爭形態(tài)智能化演進。未來戰(zhàn)場，數(shù)字孿生戰(zhàn)場平臺對指控中心提供可靠的戰(zhàn)場情報，武器裝備實體與遠程人腦、孿生智腦自主協(xié)同決策，無人化智能裝備常態(tài)化部署，人機“孿生共智”的智能化戰(zhàn)爭形態(tài)將會出現(xiàn)。智慧感知戰(zhàn)場態(tài)勢。

數(shù)字孿生技術助力各類偵察手段智能組網(wǎng)，全方位、多維度捕獲戰(zhàn)場態(tài)勢，保障指揮員實時精確決策；智謀籌劃作戰(zhàn)決策。數(shù)字孿生推動傳統(tǒng)系統(tǒng)輔助決策向人機增強決策演進；精算控制作戰(zhàn)行動。雙向映射關系實時反饋行動數(shù)據(jù)，彌補“人在回路”指控能力的不足。

促進戰(zhàn)場信息體系重構化升級。傳統(tǒng)戰(zhàn)場體系通常只能單一化保障作戰(zhàn)人員與武器裝備，而數(shù)字孿生戰(zhàn)場對現(xiàn)有信息體系重新調整和整合，做到多能一體、虛實一體、云邊一體，并逆向促進信息體系自身迭代升級。

利于武器裝備信息數(shù)字化建模。數(shù)字孿生技術是通過物理系統(tǒng)與虛擬空間的映射關系，形成虛實結合建模仿真應用的新模式，達到武器裝備數(shù)字化設計、監(jiān)測與評估。數(shù)字孿生技術拓展了信息技術與人工智能技術融合背景下的建模仿真新方法，將數(shù)據(jù)、算法與模型有機地結合在一起。

將數(shù)字孿生技術應用到武器裝備領域，能夠實時掌握裝備體系的技術參數(shù)，通過建模與仿真的方法不斷提升科學決策水平，使裝備始終維持在最佳性能狀態(tài)。

潛力有多大

據(jù)報道，波音公司的波音777客機是由數(shù)字孿生的初期技術開發(fā)設計，研發(fā)過程涉及的300多萬個零部件，未使用任何圖紙模型，完全依靠數(shù)字仿真推演后量產(chǎn)，返工量減少50％，研發(fā)周期縮短40％。

數(shù)字孿生技術在社會領域得到廣泛應用，在軍事領域也受到高度關注。數(shù)字孿生技術擁有巨大的科技優(yōu)勢、廣闊的應用前景、深厚的發(fā)展?jié)摿?，將在未來軍事領域大有用武之地。

實景教學。在傳統(tǒng)教學中，面對復雜的裝備系統(tǒng)，原理構造不直觀、裝備實操成本高、網(wǎng)絡教學體驗差的問題較為突出。將數(shù)字孿生技術引入教學領域，通過現(xiàn)實與虛擬場景雙向生態(tài)映射，構建實景展示模型，不僅可以向學員展示逼真的景況，還能夠通過數(shù)字孿生體強化對現(xiàn)實設備的虛擬操作，既節(jié)省教學成本又提升教學效果。比如，航空發(fā)動機專業(yè)教學就用到數(shù)字孿生技術，解決復雜系統(tǒng)構造原理難以在二維平面展示的難題。

沉浸訓練。傳統(tǒng)模擬器的開發(fā)不但需要軟硬件的支持，而且對于訓練場地還有較高的要求，開發(fā)難度和成本不亞于制造一套全新的裝備?；跀?shù)字孿生技術構設逼真的軍事訓練環(huán)境，推動虛實互動的沉浸式訓練，利于提升軍事訓練實戰(zhàn)化水平。

數(shù)字孿生技術解決了培訓設備費用昂貴、傳統(tǒng)實景系統(tǒng)沉浸感不強以及人機交互系統(tǒng)構建復雜且交互性不好的問題。例如，數(shù)字孿生技術已用于飛行模擬器上模擬復雜飛行環(huán)境及突發(fā)情況，訓練飛行員的應急應變能力。

輔助決策。觀察(Observe)、判斷(Orient)、決策(Decide)、行動(Act)構成的循環(huán)殺傷鏈周期(OODA環(huán))是衡量戰(zhàn)場反應速度的一個重要指標，籌劃決策必須做到快速準確、優(yōu)化高效、實時精準，才能滿足未來實戰(zhàn)需求。

數(shù)字孿生技術依據(jù)戰(zhàn)場環(huán)境及武器裝備的數(shù)據(jù)參數(shù)，將現(xiàn)實戰(zhàn)斗景況映射至虛擬戰(zhàn)場，實時呈現(xiàn)跨域戰(zhàn)場態(tài)勢、快速提供決策部署、協(xié)同調配武器裝備等作戰(zhàn)要素，有助于解決多系統(tǒng)控制要求高、多兵種協(xié)調性差、跨平臺規(guī)劃作戰(zhàn)難等問題。

研發(fā)裝備。武器裝備的緊急研制、快速生產(chǎn)和維護維修是打贏戰(zhàn)爭、奪取勝利的重要保證。數(shù)字孿生實體模型改變傳統(tǒng)“設計-樣品-測試-模具-再樣品”的研發(fā)模式，變?yōu)椤皵?shù)字模型-測試-修改-定型”的虛擬研發(fā)模式，研發(fā)過程時間短、成本低、效率高。此外，數(shù)字孿生技術依據(jù)前期算法訓練，實現(xiàn)自動預測武器裝備故障，對于解決復雜武器裝備故障問題具有獨特優(yōu)勢。

審核編輯：劉清