“数字双胞胎”更好的翻译来解读“DigitalTwin”

从2017年到至今，“Digital Twin”一词，因为若干知名外企的频繁使用的示范带动效应和国内一些专家的介绍，在市场上广为流传，热读渐升。不少业界巨头、咨询公司、行业专家都开始重视“Digital Twin”，在各种媒体上发表了一些对“Digital Twin”的解读文章。显然，“Digital Twin”正在受到业界越来越多的重视，基本共识是它是构建CPS（赛博物理系统）的基础，是软件定义的重要体现，也是复杂产品研制的必备手段。而“数字双胞胎”一词则是来自对“Digital Twin”一词的一种理解与翻译。

笔者一直认为“数字双胞胎”这个术语值得商榷，可以有比“数字双胞胎”更好的翻译来解读“Digital Twin”。下面就这个术语的内涵和外延做一些讨论。

一、直译还是深究“Digital Twin”？

笔者从几年前一开始接触到这个词汇就发现并注意到了这个问题，在持续跟踪研究的同时，一直呼吁加强对外来术语的准确翻译与正确理解，避免出现似是而非的翻译问题。针对“Digital Twin”术语，可能有多种中文翻译结果，如“数字双胞胎、数字双生、数字镜像、数字孪生、数字映射”等，如果仅看直译，貌似都可以使用。但是，笔者认为较好的选择是“数字孪生”（详见笔者2017年撰写的“数字孪生之我见”文章）。

一个英文术语，在翻译成为中文的时候，需要做比较慎重的考虑，不仅要翻译出其字面的意思，更要考证其形成和应用的场景，以及可能的含义延伸，从而更准确地翻译出其背后的意思，以获得一个比较圆满的翻译结果。

就笔者目前掌握的研究结果来看，“数字双胞胎”可能是对“Digital Twin”一词不太准确的理解与翻译，看似100%直译，如果仔细分析，就会发现一些不尽如人意之处。

自从“Digital Twin”的术语诞生以来，如何准确地翻译这个词汇，成为了业界关注的术语内容之一。往小处说，这是一个技术术语翻译的“信达雅”问题什么的映射场景术语就是数字孪生，往大处说，这是一个如何理解CPS实现机理的问题，是与如何实现智能制造、工业4.0有关的问题。

二、数字孪生的基本含义

数字孪生（Digital Twin）尚无标准定义，其概念还在发展与演变中。但是其基本含义是清楚的，即数字孪生是指在整个生命周期中，通过软件定义，在数字虚体空间中所构建的虚拟事物的数字模型，形成了与物理实体空间中的现实事物所对应的、在形、态、行为和质地上都相像的虚实精确映射关系。

根据目前所看到的资料，Digital Twin一词由美国密歇根大学的MichaelGrieves教授，于2003年在他讲授的PLM（产品生命周期管理）课程上引入，并且于2014年在其所撰写的“Digital Twin: Manufacturing Excellence through Virtual Factory Replication（数字孪生：通过虚拟工厂复制实现制造卓越）”白皮书中进行了详细的阐述。

根据航空工业沈飞所王鸿庆等人撰写的“Digital Twin 数字孪生|工四100术语”文章介绍，美国国防采办大学（DAU）的术语中这样介绍：数字孪生是充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度的仿真过程，在虚拟空间中完成对物理实体的映射，从而反映物理实体的全生命周期过程。

航空工业发展研究中心刘亚威在《空天防务观察》上发表的文章介绍到：从本质上来看，数字孪生是一个对物理实体或流程的数字化镜像。创建数字孪生的过程，集成了人工智能、机器学习和传感器数据，以建立一个可以实时更新的、现场感极强的“真实”模型，用来支撑物理产品生命周期各项活动的决策。

按照《三体智能革命》中“三体智能模型”来理解，数字孪生是以数字虚体的形式，对物理实体的形、态、行为和质地等进行了尽量精确对应的“映射式”描述。这一种描述可以有不同的颗粒度、精细度和逼真度。

三、构成孪生关系的虚体与实体

数字虚体与物理实体之间所对应的孪生关系，其实早就有之，只不过此前没有这样严格定义。平时大家所说的“比特（bit）与原子（atom）”、“赛博与物理”、“现实与虚拟”、“数字样机与物理样机”、“数字孪生体与物理孪生体”、“数字端（C）与物理端（P）”、“数字世界与物理世界”、“数字空间与物理空间”等不同的对应词汇描述，实际上都是以不同的术语，或近似或准确地描述两种“体”之间的虚实映射关系。

从映射关系上看，一虚、一实，两种“体”相互对应，数量不限。数字虚体是物理实体的“数字孪生体”，反之，物理实体也算是数字虚体的“物理孪生体”，只不过平时很少这样说。

从诞生顺序上看，实体在先，虚体在后。以工业视角来看，实体是第一次、第二次工业革命的产物，虚体是第三次工业革命的产物。而虚体对实体的描述、定义、放大与控制，以及二者的逐渐融合，正在促成新工业革命。

从重要性上看，没有实体，无法执行工业必须的物理过程，没有虚体，就没有赋能和赋智。虚实必须融合，二者均不可缺。

从创新性上看，虚实融合，相互放大价值，产生诸多创新。新技术、新模式、新业态皆有无限可能。

从技术实现上看，要把过去20多年计算机辅助技术（CAX）的所有成果汇总到一起。更重要的是，要把人类已经掌握的专业知识，以专业模型的方式，通过自动生成编程代码的方式加载到数字孪生体上。例如苏州同元软控公司开发的综合设计与验证平台软件，在飞机早期论证与方案设计阶段，就可以建立整机级系统模型，以指导飞机快速方案论证和多种系统分析，在赛博空间中先把真实飞机的各种动作参数调至最优：

· 航电系统：舵面振荡/瞬态监控器建模仿真等；

· 燃油系统：飞机燃油计量阀建模仿真等；

· 电气系统：交流电动泵建模仿真等；

· 液压系统：液压能源系统建模仿真、液压外场温度测试系统等；

· 飞控系统：升降舵作动系统建模仿真、设备详细模型建模和参数辨识等；

· 起落架系统：起落架收放系统、刹车系统建模仿真、载荷敏感性分析等。

这种基于模型的多学科、多场景、多状态的数字化仿真手段对于复杂产品的研制是至关重要的，已经在实际产品的研发中证明了其所起到关键作用。如图1所示。

图1 飞机系统模型快速方案论证（图片来自苏州同元公司）

类似地，美空军和波音公司为F-15C型飞机创建了数字孪生体，不同工况条件、不同场景的模型都可以在数字孪生体上加载什么的映射场景术语就是数字孪生，每个阶段、每个环节都可以衍生出一个或多个不同的数字孪生体，从而对飞机进行全生命周期各项活动的仿真分析、评估和决策，让物理产品获得更好的可制造性、装配性、检测性和保障性。如图2所示。

图2 美空军和波音公司创建的F-15C数字孪生模型

四、场景决定了非“双”、非“胎”

“Digital Twin”一词的翻译歧义，聚焦在“Digital Twin”的场景中，对Twin的理解上。Twin作为名称在英汉词典中有几种翻译结果：“孪生子之一，双胞胎之一；两个相像的人或物之一；成对、成双的东西；孪晶；双人床”。如果仅仅看直译结果，双胞胎是准确翻译，但是如果仔细分析该术语的实际应用“场景”，上面翻译结果都不是比较贴切的意思，只有“孪生子之一”，还算勉强接近在“Digital Twin”术语中所描述的应用场景中的意思。而我们恰恰要特别注意和强调的是“Digital Twin”术语的使用“场景”。

1、“Digital Twin”不是“胎”

在“胎”的词义上，它不仅表达了在外观、质地、形态、行为上都完全一样或非常相像的人或事物，其词义背后隐含的重点是“出于同源”，即同母同胎所生或同厂所产，是一种生物或物理层面的客观结果，如宾馆常见的双床房（Twin-bed room）或建筑常见的双子楼（Twin towers）。如果放到表示物理空间的实体事物与数字空间的虚体事物之间的“映射”场景下，那么彼此之间的本源和实质则完全不同，此时“Digital Twin”所言，并没有“完全一样”的意思，仅有彼此之间在形、态、行为上比较“相像”的意思。因此用“胎”表达就有所偏离。

2、“Digital Twin”不止“双”

即使从“相像”来看，在所指上也并非限于“双”，因为“双”字会把更多的潜在应用场景限制住——彼此相像的虚实映射事物之间未必只有“一对一”的关系，其实还可能有以下虚实映射对应关系：

1）“多对一”——多个物理实体对应一个数字虚体的场景（例如同一类紧固件都对应一个三维CAD模型）；

2）“一对多”——一个物理实体对应多个数字虚体的场景（一台发动机在静止、刚启动、平稳运转时、即将出故障等不同场景下，其所对应的数字虚体，在模型的表达和构建上是有很大不同的，需要用不同的模型加以描述）；

3）“多对多”——是更为一般化的设备工作场景（设计阶段因数字化“构型/配置”不同而产生的系列化物理设备所面临的多种工作场景）。

3、只有“相像”而无“相等”

在相像程度上，从“生物场景/物理场景”的“Twin”，引申到“数字化场景”的“Digital Twin”，其本意是强调在数字空间构建的数字虚体与物理空间的物理实体很相像。但是，相像归相像，无论彼此多么像，二者之间也不是“是”、“等于”或“相等”的关系，因为本非“同生”。一个数字虚体无论多么像一个物理实体，它也不是物理实体——这个客观事实必须界定清楚。

而且，“Digital Twin”描述的“相像”，通常都仅仅是在外观和宏观结构上“相像”，而在形、态、行为、质地和内涵等多方面的评价指标来看，其实差异极大，本质本源不同。“数字双胞胎”一词，较容易引导人们把二者完全等同起来，把“貌似一模一样”误认为“就是一模一样”甚至“相等”，从而导致认知上的错觉。

总而言之，“Digital Twin”一词在翻译和理解时，既不宜限定在“双”，也不宜理解为“胎”，该词借用“Twin”之意，所表达的是一种数字虚体与物理实体非常相像的虚实映射关系。

五、小结

数字孪生不是指数字虚体空间中的两个或多个一模一样的虚拟事物，那是数字拷贝或数字镜像。

数字孪生是指在数字虚体空间中所构建的虚拟事物，与物理实体空间中的实体事物所对应的、在形、态、行为和质地上都相像的虚实精确映射关系。彼此对应关系上，特例是“一对一”，常态是“多对多”。二者看似像“双胞胎”，但实际上并不是，仅限于非常相像，并非真的等同，因为一实一虚，彼此在本质和本源上都不是一回事。这是理解该术语的关键点。

笔者本文观点，属于一己之见。期待有机会与读者们一起做更深入的研讨。后续笔者还将进一步研究和解读数字孪生。