人类社会自计算机产生以来，改变了传统的科学研究方法，影响了科学发展的速度和方向，逐步形成了“计算科学”（Computational Science）。数字孪生体作为物理世界和数字空间交互的体系，归属于计算科学，目前正朝一门新科学方向发展。

      2009年DARPA提出数字孪生体概念，其目的是为了找到复杂系统的计算科学方法。事实证明，数字孪生体给人们认识复杂系统提供了新思路，大大简化了传统系统工程的方法，并为智能化发展提供了理论基础。

      在数字孪生体产生之前，全球科学研究机构提出了基于仿真的系统工程等方法，但在实际应用中效果并不突出，这是因为当时计算科学还不够成熟，受传统的仿真理论和实践影响非常大，正如美国工程院专家所讲，当多个学科融合发展的时候，提出新概念来描述新科学的产生，是一种必然的选择。

      托马斯·库恩在1962年出版的《科学革命的结构》中，阐释了常规科学和科学革命的本质，为我们认识新范式产生过程提供了方法。库恩对以探索和总结自然现象之规律的传统科学分析较深入，但对于计算科学等没有给予足够的关注。

      科学一般分为形式科学、自然科学、社会科学和应用科学，应用科学中有一小类属于交叉科学，它是两个或两个以上不同学科的边缘交叉领域产生的新学科类别。数字孪生体涉及到计算科学、物理学、化学及工程学等多种科学，它是典型的交叉科学。

      在过去10年期间，DARPA、美国空军研究实验室、麻省理工学院、剑桥大学和工业4.0研究院等对数字孪生体科学做了积极的探索和研究，逐步建立了一定的知识体系。科学是一种系统性的知识体系，以此来判断，数字孪生体科学正在形成中。

      当我们跳出科学研究范畴，进入行业应用探索领域，数字孪生体呈现了完全不同的景象。

      由于数字孪生体概念具有通俗易懂的特点，企业把已有产品和解决方案包装成数字孪生体，有助于提升销售业绩，国内外企业纷纷往数字孪生体靠拢。传统的CAD、仿真和PLM企业摇身一变，成为了数字孪生体“龙头企业”；一些做BIM、VR或游戏的企业，开始介入智慧城市等领域，通过“拍电影”的方式展示数字孪生体。

      这当然不是数字孪生体科学的核心。

      本人在《数字孪生体》一书中，对其本质进行了阐释，即数字孪生体具有开放架构，能够实现前向兼容，满足可持续改进的需要。

     目前的工程实践还不具有这样的特征，因为现有工具还是传统的CAD、BIM或仿真软件，它们都不是为了数字孪生体科学开发的，不能真正实现可持续改进等功能。正如DARPA所讲，要构建数字孪生体科学体系，需要开发一系列的工具。

      工业4.0研究院判定，数字孪生体科学未来10年发展，需要建设新型基础设施，这是其持续发展的前提和必要条件。
       从技术革命周期的视角来看，数字孪生体科学需要完成基础理论研究，毫无疑问，用建模与仿真的传统观念去看待数字孪生体，不足以体现它在人类社会发展进程中的地位和意义。

     世界各国正在争夺第四次工业革命制高点，如果仅仅限于大家耳熟能详的人工智能、大数据和物联网等内容，中国不太可能失去未来产业机遇；但如果是某种大家认识不深，甚至于似曾相识的概念体系，当它们代表了未来发展的主流，任何国家错过的代价会非常巨大。

      日本上个世纪80年就遇到这样的问题，当时它希望创造“智能制造”范式，借此打造“教科书”式的科学体系。美国对未来的判定更为准确，它专注到基于开放架构的工业数据体系建设，为美国先进制造稳步发展提供了支撑。当时两个国家的选择，决定了它们过去30年的命运。

     面向未来的颠覆性创新，大都是某种内生技术应用的结果，即在科学层面有原理上的突破，它将创造新的技术路径，改变传统的工程方法。美国一直强调的抵消战略，其核心就是“创造”新的路径，这是建立在基础科学研究前提下的。

      大量证据显示，美国正在加紧打造数字孪生体科学体系，从根本上解决物理世界数字化的挑战，让物理世界的运行实现低成本化和可持续改进等目标。如果可以达到这样的目标，那么美国在互联网发展中积累的经验将再次发挥作用。

      中国当前迫切需要解放思想，敢于面向未来探索新科学，为人类社会迈向第四次工业革命做出应有之贡献。

 

 胡权：工业4.0研究院院长，数字孪生体联盟理事长