积极消解数字孪生技术发展中的现实隐忧
2021年03月23日 09:30 来源:《中国社会科学报》2021年3月23日第2131期 作者:王敏 王子玥

  随着新一轮科技革命与产业变革的深入推进,智能制造已成为全球制造业发展的重要方向。数字孪生(Digital Twin)作为解决智能制造信息物理融合难题和践行智能制造理念与目标的关键技术,对于推动全球制造业数字化、网络化、智能化发展具有重要的意义。但数字孪生技术在具体应用中往往会出现一些技术风险。因此,本文在探索数字孪生技术应用价值的基础上,深入分析数字孪生技术的现实隐忧及其消解路径。

  关键应用

  数字孪生作为连接物理空间和虚拟空间的桥梁,具有广阔的应用前景。国际数据公司(IDC)预测,到2022年,40%的物联网平台供应商将集成仿真平台、系统和功能来创建数字孪生,70%的制造商将使用该技术进行流程仿真和场景评估。数字孪生是未来企业实现转型与创造价值的重要驱动力,其应用价值不言而喻,值得我们深入探讨与研究。

  第一,数字孪生与智能制造。在智能制造领域,数字孪生可以通过对产品制造和工艺周期的各个方面进行模拟、仿真、预测,全面提高生产过程效率及生产线运行效能。首先,航空航天领域最早采用数字孪生技术。其次,军事工业是数字孪生的主要应用领域。最后,数字孪生正逐渐广泛应用于制造业。目前,已有软件公司提供数据孪生组织软件产品,能够把企业内部每一个物理资产、技术、架构、基础设施、客户互动、业务能力、战略、角色、产品、服务、物流与渠道都连接起来,实现数据互联互通和动态可视。

  第二,数字孪生与医疗保健。数字孪生在医疗保健行业中的应用,将加快医疗数字化进程,推动智慧医疗时代的到来。研究人员可以基于现实人体在信息世界建立一个详细的虚拟人体,作为一个复杂的系统进行研究,从而检验新的治疗方案。数字孪生在医疗保健行业的发展前景光明,一方面可以开发新的方法来治疗各种疑难疾病;另一方面可以改善现有的医疗服务与基础设施,提供更好的病人护理服务。

  第三,数字孪生与城市管理。城市是人类聚居的地区,具有人口稠密、基础设施密集等特点,是一个典型的复杂系统。为改善城市环境,提高人们的生活质量,数字孪生技术被应用到城市管理领域中,为智慧城市建设提供了更多可能性。通过数字孪生提供高保真的虚拟模型,可以优化城市管理,更好地建设智能运营、智慧分析、智能预测的智慧城市。

  现实隐忧

  尽管数字孪生技术在航空航天、医疗保健、城市管理等领域都发挥着重要作用,但在落地应用中也存在标准体系缺乏性、虚拟模型可信度、孪生数据安全性等方面的现实隐忧。因此,我们要正确应对数字孪生技术的应用风险,积极做好技术风险预警工作。

  第一,标准体系缺乏性之忧。目前,人们尚未建立一套数字孪生标准体系,所以在理论研究与应用实践中往往会出现一些现实隐忧。首先,对数字孪生的理解与沟通缺乏标准辅助。目前,人们对数字孪生的理解与认识是不同的。这将导致人们在交流时存在一定障碍。其次,数字孪生关键技术的研究与实施缺乏标准参考。由于缺乏数字孪生相关模型、数据、连接与服务等标准的参考,从而导致不同数字孪生团队研发的产品兼容性差、难以互相操作,数据集成困难。最后,数字孪生的落地应用缺乏标准指导。由于数字孪生缺乏适用准则、实施要求、支持工具和技术平台等标准参考,容易使用户对数字孪生产生使用困惑。

  第二,虚拟模型真实性之忧。数字孪生的主要思想是为物理实体创建一个虚拟模型,以便通过建模和仿真分析来模拟和反映物理实体的状态和行为,并通过虚实交互反馈,预测和控制它们的状态和行为。由此可见,数字孪生的应用发展离不开虚拟模型的构建,而高保真、高精度、高质量的虚拟模型能够实现虚实之间的交互,实时更新与动态演化,从而实现对物理实体世界的动态、真实映射。但由于人类的认知水平、技术水平以及基础设施的限制,数字孪生中所建立的虚拟模型并不能完全保证真实可信。比如,通过“数字孪生+医疗”的应用,可以对个人健康风险进行实时监测,并及时作出预警,但在时刻监测反馈中所带来的心理暗示、情感融入是否会影响真实性,仍值得考虑。因此,在数字孪生技术的应用与发展过程中,建立一个高保真的数字孪生模型,并使其能够最大程度反映物理实体世界的真实特性,依然任重道远。

  第三,孪生数据安全性之忧。孪生数据是数字孪生系统运行的核心驱动力,可以为物理实体和虚拟模型的融合提供准确而全面的信息源。因此,数字孪生技术的应用与发展离不开数据的安全保障。数字孪生系统运行产生的海量数据可能分布在用户、生产终端、设计服务器等多种设备上,但由于当前网络攻击方式的不断变化,任何一个设备的安全问题都有可能引发数据的安全风险。同时,随着数字孪生技术与大数据、物联网、云计算、人工智能等技术的深度融合,网络安全风险点急剧增加,会带来更多的入侵方式和攻击路径,进一步加大数据安全风险。因此,孪生数据安全保障离不开网络安全,必须采取充分的措施确保网络安全。比如,改进安全系统应对新出现的威胁,保护生产和办公空间的联网系统,抵制各种网络恶意攻击行为。

  消解路径

  为更好促进数字孪生技术的落地应用,我们在积极支持与配合的同时,也要正确应对潜在的问题与风险,从标准构建、技术发展、法律规制等方面消解隐忧。

  第一,以标准构建消解标准体系缺乏性之忧。标准体系的缺失将会严重阻碍数字孪生技术的应用与发展,亟须构建规范的标准体系来指导与参考。首先,需要联合相关研究人员、企业或用户来共同构建数字孪生标准体系。其次,需要制定相关模型、数据、连接和服务等关键技术实施标准。最后,需要制定数字孪生落地应用标准,指导数字孪生技术在各领域的具体应用。

  第二,以技术发展消解虚拟模型真实性之忧。在数字孪生中,物理实体的虚拟模型之所以存在真实可信问题,主要是由于这一技术还不够完善。因此,消解虚拟模型真实性之忧的根本措施在于推动技术的继续发展。首先,需要推动数字孪生技术与大数据、人工智能、云计算等技术融合发展,引领数字孪生技术行业的良性发展。其次,需要改进基础设施,如互联网连接、宽带速度和传感器性能等,以便为高保真建模与仿真技术服务。最后,需要加强技术培训工作,提高具体操作人员的认知与技术水平,使其有足够能力应对数字孪生工作。

  第三,以法律规制消解孪生数据安全性之忧。数据信息安全关系到国家、企业、个人的安全性和社会的稳定性。保护数据信息安全人人有责。我们在利用数据创造价值的同时,也需要重视数据信息安全。而孪生数据安全的保障有赖于法律—技术双重保障型体系的构建和完善。其中,技术是体系支撑,法律是重要基础。一方面,需要推动相关法律的设立,以法律规制各种网络恶意攻击行为,积极营造一个绿色安全的网络环境。另一方面,需要完善相关技术标准,建立行业数据规范,提高数据处理的安全性,以便顺利完成数据的交换、集成与融合工作。

  总之,数字孪生作为一种无缝连接信息物理并使之融合的实用技术出现,不仅是未来制造业的关键技术,也在越来越多的领域发挥重要的价值。因此,我们既要不断探索数字孪生技术的应用价值,也要积极做好数字孪生技术的风险预警工作,正确应对数字孪生技术发展中潜在的问题与挑战,推动数字孪生技术与智能制造的深度融合发展。

  (作者单位:华东政法大学政治学与公共管理学院)

责任编辑:张晶
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