數字孿生 VS 平行系統

　　數字孿生和平行系統作為新興技術，在解決當今人工智能鄰域面臨的信息量大，干擾信息不確定因素多，與人的參與溝通更加緊密，人機互動更加重視，為了使人們有更好的體驗人工智能帶來的便利，急需推動信息物理社會的高度融合，將人重重的放入其中，這兩個模型為解決此問題帶來了新思路，將成為未來智能制造、智能管理等領域的重要發展方向，但是目前理論研究和實際應用還處於萌芽階段，在看了楊林瑤等幾位老師發的論文《數字孿生與平行系統: 發展現狀、對比及展望》后做了一些整理，感覺思路比較新穎，將以表格對比形式展現，供大家參考以便提供一種整體、系統性的解決思路。詳細原文鏈接附后 。

數字孿生           VS          平行系統
	數字孿生（Digital Twin）	平行系統（Parallel System）
定義提出	Grieves 教授於2003 年在美國密歇根大學提出	王飛躍2004 年的 “平行系統方法與復雜系統的管理與控制”一文中首次提出了集人工系統、計算實驗、平行執行（簡稱ACP）為一體的平行系統技術體系
定義內容	物理系統向信息空間數字化模型的映射，它通過充分利用布置在系統各部分的傳感器, 對物理實體進行數據分析與建模, 形成仿真過程，將物理系統在不同真實場景中的情景反映出來。數字孿生的基本概念由三部分組成：1) 物理空間的物理實體; 2) 虛擬空間的虛擬實體;3) 虛實之間的通訊數據與判斷信息。構建完整虛擬映射，實現產品健康狀態、剩余壽命及任務可達性的預測。	通過實際系統與人工系統之間的虛實互動,對二者的行為進行對比、分析和預測, 相應地調整實際系統和人工系統的管理和控制方式, 實現對實際系統的優化管理與控制、對相關行為和決策的實驗與評估，實現從知識表示、決策推理到場景自適應優化的閉環反饋，產生誤差反饋信號, 對人工系統的參數進行修正, 減少差別, 通過循環往復的交互盡可能地使人工系統模擬實際系統;另一方面,實際系統中的新問題、新需求和新趨勢可以實時導入人工系統, 通過在人工系統中的實驗、測評和完善, 獲得優化的新解決方案。
概念框圖
模型關鍵	1)真實地再現物理實體的幾何圖形、屬性、行為和規則等； 2)這些模型不僅要在幾何結構上與物理實體保持一致, 而且要能夠模擬物理實體的時空狀態、行為、功能等；	1)由實際系統的小數據驅動, 借助知識表示與知識學習等手段,針對實際系統中的各類元素和問題利用人工系統對復雜系統問題進行建； 2)利用計算實驗，設計各類智能體的組合及交互規則, 產生各類場景, 運行產生完備的場景數據，並借助機器學習、數據挖掘等手段, 對數據進行分析, 求得各類場景下的最優策略； 3) 將人工系統與實際系統同時並舉，通過一定的方式進行虛實互動，以平行執行引導和管理實際系統。
核心思想	數字孿生是構建實時動態數據驅動的仿真系統, 輔助尋找控制系統行為實現期望的目標，是以數據補充和完善仿真模型, 實現對物理實體的實時、高置信度仿真預測，是一個預測控制模型。	平行系統通過實際系統與人工系統的虛實互動、交互反饋, 形成自適應優化控制, 實現虛實互動反饋的引導，平行系統利用人工系統與實際系統的虛實交互、雙向驗證, 實現兩者的協同進化以及對整個系統的多目標優化管理與控制，是一個以引導型的模型控制和優化系統。
哲學基礎	孿生系統屬於還原論或舊唯物主義的反映論, 其孿生系統是相應物理系統直接、機械、被動和鏡像式的反映,是相應物理系統的依附, 不具獨立性，相對平行系統，人在系統中的作用沒能有機融合。僅僅是指導、觀察、命令式的下達	平行系統屬於能動、整體和辯證式的認識論, 其人工系統並不要求與相應的實際物理系統完全一致, 因而具有一定的平行性或獨立性，將物理系統視為與環境交互的系統，且其運行目標和效用是受社會資源約束的系統；強調人在系統中的作用，融合了人的意圖的虛擬系統對物理系統的引導，目的是使物理系統在構成和運行方面達到某種進化
研究對象	數字孿生研究的是由信息空間和物理空間組成的信息物理融合系統(CPS), 數字孿生基於實時傳感數據連接物理世界和數字化虛擬世界, 實現在虛擬空間實時監控與同步物理世界的活動。	平行系統主要針對社會網絡、信息資源和物理空間深度融合的信息物理社會系統（CPSS），包含物理系統數據、虛擬的人工系統數據、泛在社會大數據等。構建人工系統, 通過虛擬和實際系統的平行運行, 實現計算、物理和社會的動態交互、時空一致, 處理不確定性, 成為解決CPSS 問題的有效途徑。
基礎設施	主要由物理實體和描述它的數字鏡像組成, 數據是連通物理實體和數字鏡像的橋梁, 以實現在虛擬空間中實時映射物理實體的行為和狀態	是由物理子系統、描述子系統、預測子系統、引導子系統胎架構,它通過計算實驗、平行執行等手段, 以虛擬的人工系統描述、預測、引導實際物理系統, 使物理系統自動逼近更優的人工系統, 實現物理系統的自適應優化
實現技術	主要基於物聯網傳感數據和仿真等手段構建物理實體的數字鏡像	人工系統是軟件定義的系統,將實際系統中的各要素建模為智能體,並基於實際系統的數據利用知識發現和知識工程獲得智能體的屬性和規則; 接着, 基於一定的目標生成大量的人工場景, 運行產生大量數據, 再利用機器學習、數據挖掘等方法進行分析、預測、評估, 獲得針對特定目標、特定場景的最優控制方案; 最后, 通過平行執行循環、在線地引導實際系統逼近人工系統
系統功能	本質上是一種與實際系統實時動態數據交互的仿真系統, 通過在數字化空間構建鏡像實體使物理實體的狀態可觀、可控. 但是, 它僅能依據物理實體的實際數據預測其未來的變化, 或基於專家經驗提出針對某一特定場景的優化方案, 無法評估多種方案、多種參數下的系統表現。	能夠實現對復雜系統更優的管理與控制，可以基於人工系統生成大量場景, 並在其中基於試錯實驗涌現分析出系統的全局最優控制方案, 自適應地進行優化控制。
未來展望 適用場景	數字孿生建模復雜系統難以考慮開放環境的影響, 它與環境的交互是單向的, 其對於環境的感知始終落后於環境的變化. 同時, 數字孿生中人機信息物理交互比較原始, 人員只能在物理空間, 通過感官獲取設備的信息並對設備進行物理操作, 人因的復雜性難以量化建模和分析, 社會因素影響下的系統動態變化難以預測和有效管控。	平行系統中, 環境和人員都以智能體等方式建模到人工系統中, 環境智能體的解析空間具有更強的開放性, 而人員智能體與人相似, 它將實際系統在人工系統的映射作為其內在認知過程, 通過不斷改變內在認知信息系統對社會環境作出響應. 平行系統在人工系統中構建虛擬人,將人沉浸在虛擬空間與虛擬物和其他虛擬人進行信息交互, 通過虛擬信息控制人的物理感受和行為,同時將虛擬空間構造的物體映射於物理空間, 在物理空間與智能體交互, 進而通過智能體的物理操作改變物體的狀態。能夠全面考慮環境和人員因素。
共同作用	平行系統和數字孿生都為解決信息、物理、社會融合這一科學問題提供了新的解決思路。都可歸納為虛實融合, 以虛控實。兩者的主要思路都是以數據驅動,構建與物理實體相對應的虛擬系統, 通過在虛擬系統上進行實驗、分析, 解析並優化控制難以用數理模型分析的復雜系統.為實現實體和信息融合的信息物理系統(CPS)提供了清晰的新思路、方法和實施途徑。

原文鏈接：http://www.aas.net.cn/cn/article/doi/10.16383/j.aas.2019.y000002