十年磨一剑的成果
以DARPA在2009年首次提出数字孪生体概念为起点，2019年工业4.0研究院牵头发起成立数字孪生体联盟和帕梅拉·科布伦撰写《数字孪生体概念》一文为里程碑，数字孪生体概念经历了十年时间的发展，其中的辛酸苦辣，只有身在其中的人才有深刻感受。数字孪生体十年发展重要事件详见表1-3。
表1-3 数字孪生体十年发展重要事件
由于大部分数字孪生体工程项目都发生在国防领域，涉及保密限制，不少内幕并不为人所知。工业4.0研究院利用开源情报（Open Intelligence）方法，对数字孪生体相关的论文、人物和事件等进行了较大范围的跟踪，围绕数字孪生体发展形成了一个全景图，还原了数字孪生体概念和产业发展的实际情况。例如，2009年DARPA召开未来制造研讨会，初步形成机身数字孪生体项目思路，这些信息可以从他们的官方网站、论文等途径了解到。
“罗马不是一天建成的”，数字孪生体产业的发展也是如此。为了构建数字孪生体范式，全球的专家学者花费了十年时间，终于形成了既有基本共识的概念体系。帕梅拉·科布伦在《数字孪生体概念》一文中回顾了各位专家为此做出的贡献。当然，美国空军研究实验室花费3年多时间验证了机身数字孪生体项目，积累了丰富的数据和经验，这为数字孪生体产业化提供了可靠的依据。
虽然NASA最早提出了数字孪生体技术路线图，但由于最近十年它的预算不断缩减，难以满足新增研发项目的需求，只能用已经缩水的预算来满足必要的研发项目需求。更让NASA头疼的是，随着数字孪生体热度上涨，数字孪生体相关科学家流失非常严重。
从工业4.0研究院跟踪到的情况来看，SpaceX和特斯拉就挖到了不少NASA的材料和系统科学家，部分人员还是参与数字孪生体项目的主力成员。不过从整个产业生态来看，NASA人员流失给产业界带来了掌握专业知识的顶级人才，他们通过SpaceX发射的可回收火箭，以及特斯拉开发的软件定义电动车，实现了2009年DARPA未来制造研讨会所探讨的愿景。
NASA相关技术流失到私营企业，反而更不容易被公众所了解，因为相关技术不再具有公共性，没有披露的必要性。不过我们可以关注美国空军研究实验室在2013年开展的机身数字孪生体项目，该项目的相关资料比较丰富，工业4.0研究院对此做了深入研究，特别是数字孪生体工程方法，具有一定的通用特性，它在除航空航天领域外的其他产业也有较好的应用价值。
美国空军研究实验室诞生于1990年开始的合并，形成了四个超级实验室，后来《1996年度国防授权法案》要求推进五年转型方案，整合和重组所有下属实验室，从而形成了统一的名称。目前该实验室下面有九个技术委员会，其中材料和制造是我们关注的重点，因为它与机身数字孪生体关联度比较大，这也是该项目的主要负责单位。
机身数字孪生体项目是美国空军研究实验室的重点项目，由帕梅拉·科布伦、埃里克·蒂格尔（Eric Tuegel）和道格·亨德森（Doug Henderson）三人负责该项目的指导和管理。其中，帕梅拉·科布伦是最值得关注的青年专家，她本科毕业于伦斯勒理工学院，专业为材料工程，硕士和博士学位通过在俄亥俄州立大学学习工业工程获得，早期在F-35联合项目办公室工作了5年时间，然后开始承担架构技术部门结构一致性团队，长期从事战略规划工作。
该项目在2013年1月开始对外招标，吸引了不少国防供应商的参与，其中通用电气、洛克希德·马丁两家公司联合开展的SAFER-P2IAT项目具有典型意义，体现了数字孪生体在个性化配置和管理方面的潜力。另外一支团队——诺思罗普·格鲁曼单独完成了P2IAT驱动的机身数字孪生体项目，它采用了Phoenix Model Center平台，类似于数字孪生体平台。
通用电气和洛克希德·马丁联合完成的项目强调了可扩展性和灵活性需求，估计受到当时通用电气重点推进的工业互联网影响，它希望通过美国空军研究实验室项目，实现个性化预测性维护的目标。这很容易理解，不管是战斗机还是民用发动机，都有类似的应用场景，当然也有类似的商业模式——那就是向客户收取服务费。
只是这种商业模式难以在价值不高的领域实现，至少没有这么快实现，通用电气没有等到其工业互联网平台大规模使用，就因为上市公司经营业绩不佳等系列丑闻迫使自己在2018年退出了存继百年之久的道琼斯指数，宣告一个时代的结束。
从诺思罗普·格鲁曼提供给美国空军研究实验室的方案来看，似乎它明白数字孪生化的重要性。它通过引入合作方建立了一个数字孪生模型管理平台，通过该平台成功实现了单一数据源的管理，从而为进一步开发相关应用解决了一个关键问题。
无论如何，美国空军研究实验室推出的机身数字孪生体项目在过去十年具有重要意义，它要求应标团队采用Python语言来开发，以便更好地兼容其他开发语言，也便于将来扩展相关应用。这一点可见美国国防部考虑比较缜密，对于前向兼容的要求也比较明确。
除了机身数字孪生体项目，美国国防部的各个军种都启动了相关项目，相对而言，美国空军最为积极，海军其次，陆军主要在黑鹰直升机上做了数字孪生体工程改造。目前由于数字孪生基础设施的缘故，美国国防部并没有大规模启动数字孪生体战略，但可以预见，在未来十年的发展战略中，数字孪生体将成为改变游戏规则的关键应用。
与美国国防部的耐心相比，美国企业则显得比较着急。为了配合美国企业推进数字孪生体解决方案，美国咨询公司在2016年之后不断发布咨询报告，大肆宣扬数字孪生体的机遇，诸如通用电气、IBM、Ansys、微软、亚马逊、谷歌等公司纷纷入局，但从它们提供的解决方案来看，大都是“新瓶装旧酒”的状态。
不仅如此，德国企业在信息物理系统驱动工业4.0不力之后，也开始转向数字孪生体寻找机会，率先转型的是西门子和SAP等企业。从目前的公开介绍来看，它们基本上不再提工业4.0，主要介绍资料都是数字孪生体。西门子借助其分公司在美国的便利，全面重构了其解决方案，它的中国公司也利用各种手段，发布了相关解决方案。
2019年，ISO、IEC和ITU等都启动了数字孪生体标准研制工作，其中，ISO TC184/SC4最为积极，它已经完成了基本的草案工作，在本书的完善过程中，该标准正征求意见中。IEC和ISO组建的JTC1专门针对数字孪生体标准需求，起草了系列报告，也在争分夺秒撰写相关标准文件。
工业4.0研究院发起成立的数字孪生体联盟在2020年上半年正式成立了标准工作组，启动了数字孪生体团体标准的研制工作，目前已经完成了《中国数字孪生体标准战略研究报告》的编制工作，接下来将推出数字孪生体标准用语等文件。
在过去5年间，工业4.0研究院聚焦数字孪生体研发工作，经过几年时间的努力，目前已经可以提供数字孪生体技术解决方案，并成立了独立企业来承接相关解决方案的实施工作。不仅如此，我国还有一批企业正在进入数字孪生体领域，据数字孪生体联盟统计，现有近170家成员单位中，30%的企业都在开发数字孪生体解决方案，部分企业的解决方案已经比较成熟。
正如笔者在《中国数字孪生体战略》演讲中所指出的，全球数字孪生体产业已经初具规模，相关范式、技术、商业模式已经成型，不断涌现的需求呼唤更多的企业参与其中，推进数字孪生体专业化分工，解决发展过程中的难点和痛点。数字孪生体联盟在2019年年底提出的“数字孪生体2020+计划”正在按部就班执行中，这是中国在第四次工业革命时期具有引领机会的一个新赛道。
[1]“丑小孩综合征”是一个医学上的概念，通常用来表示不可预知的问题，只能到结果出来之后才了解的困境。DARPA用“丑小孩综合征”来描述研发新装备全过程的难点，并希望能有科学家团队来解决该问题。
[2]NASA在200年起草了《空间技术路线图》，202年正式发布，205年和2020年又更新了该报告，其中数字孪生体成为TA6、TA、TA2等分报告的内容。
[3]《科学革命的结构》一书的第五章以“范式的优先级”（The Priority of Paradigms）为题，深入探讨了规则（Rules）、范式（Paradigms）和常态科学（Normal Science）之间的关系。其中，库恩对范式的理解对我们认识数字孪生体有较大的帮助。
[4]在NASA首席技术专家办公室于200年起草的《空间技术路线图》TA、TA2两个分册中，分别提到了“NASA数字孪生体”（NASA Digital Twin）和“虚拟数字机队领导者”（Virtual Digital Fleet Leader），NASA认为后者等同于数字孪生体。