為了推動(dòng)中國(guó)經(jīng)濟(jì)的高質(zhì)量發(fā)展和中國(guó)式現(xiàn)代化，數(shù)字孿生為新型工業(yè)化的企業(yè)管理提供了數(shù)字化的基礎(chǔ)。數(shù)字孿生展示了人類對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的掌控能力。無(wú)論是城市、工廠還是坦克，數(shù)字化后都能輕松地掌控它們。在軍事演練中，指揮員可以通過大屏幕實(shí)時(shí)監(jiān)控戰(zhàn)斗情況，將物理世界映射到數(shù)字空間中。疫情期間，機(jī)場(chǎng)匝道應(yīng)用人臉識(shí)別技術(shù)，通過傳感器將數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶蠖似脚_(tái)，有效地控制了人員流動(dòng)。全球?qū)?shù)字孿生的需求不斷增長(zhǎng)，推動(dòng)了各個(gè)行業(yè)的迅速發(fā)展。同時(shí)，以數(shù)字化和自動(dòng)化為重點(diǎn)的新型工業(yè)化發(fā)展趨勢(shì)也在拉動(dòng)對(duì)數(shù)字孿生及其應(yīng)用的需求。然而，僅僅將現(xiàn)實(shí)映射到數(shù)字空間是不夠的，還需要構(gòu)建新的商業(yè)邏輯和價(jià)值閉環(huán)，才能真正釋放數(shù)字孿生帶來(lái)的新生動(dòng)能。過去，數(shù)據(jù)都存儲(chǔ)在個(gè)人電腦中，管理者需要親自去每條生產(chǎn)線、每臺(tái)設(shè)備、每個(gè)儀表上獲取數(shù)據(jù)，而數(shù)字孿生技術(shù)打通了整個(gè)場(chǎng)景的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)監(jiān)控和維護(hù)，并創(chuàng)建了統(tǒng)一的數(shù)字化管理平臺(tái)。數(shù)字孿生釋放價(jià)值有兩個(gè)新特征：一方面，數(shù)據(jù)是實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的，價(jià)值是實(shí)時(shí)涌現(xiàn)出來(lái)的。另一方面，孿生系統(tǒng)是多源疊加的，如智慧高速數(shù)字孿生包括高速路、汽車、道路兩旁的一草一木或其他參與者的數(shù)據(jù)來(lái)源匯聚并疊加在一起。數(shù)字經(jīng)濟(jì)應(yīng)用實(shí)踐專家駱仁童博士總結(jié)數(shù)字孿生的特征：在數(shù)字孿生的加持下，管理規(guī)律將不再局限于實(shí)體場(chǎng)景中，而是將物理空間產(chǎn)生的互動(dòng)數(shù)據(jù)匯入數(shù)字空間中融合分析，校準(zhǔn)并捕獲規(guī)律，進(jìn)而再投射到真實(shí)場(chǎng)景中，讓預(yù)測(cè)和控制 效果更好。
對(duì)于工業(yè)企業(yè)來(lái)說(shuō)，智能制造通常需要在設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)階段進(jìn)行大量投入。這兩個(gè)階段都可以引入數(shù)字孿生技術(shù)，并自然延伸到銷售階段，實(shí)現(xiàn)從“工廠”到“客戶”的全流程。以下三個(gè)典型的系統(tǒng)是目前常見的數(shù)字孿生應(yīng)用。產(chǎn)品數(shù)字孿生系統(tǒng)產(chǎn)品數(shù)字孿生系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的模型，它描述了產(chǎn)品在其生命周期中的演化過程。這個(gè)過程是分層次、分階段且相互交互協(xié)同的。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)者需要深入理解用戶的需求或意愿，這些需求決定了產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、配置、功能以及微小的差異。由于產(chǎn)品是由多個(gè)零部件組成的，因此需要建立用戶需求與產(chǎn)品配置之間的關(guān)系。這種對(duì)應(yīng)關(guān)系通常需要在虛擬空間中進(jìn)行映射。數(shù)字孿生體不會(huì)隨著物理產(chǎn)品的消亡而消失，它們可以為新一代產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和研發(fā)提供借鑒模型。在產(chǎn)品制造階段，產(chǎn)品的制造過程數(shù)據(jù)，如生產(chǎn)進(jìn)度、外協(xié)需求以及產(chǎn)品質(zhì)量等，都會(huì)實(shí)時(shí)記錄在產(chǎn)品數(shù)字孿生體中。基于生產(chǎn)約束、生產(chǎn)目標(biāo)、產(chǎn)品工藝等因素，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品行為和狀態(tài)的生產(chǎn)監(jiān)控和控制，使產(chǎn)品的制造情況完全透明化。在產(chǎn)品使用和運(yùn)維階段，物理產(chǎn)品的所有使用狀態(tài)變化、組件變更信息、產(chǎn)品性能的退化信息都會(huì)反饋到產(chǎn)品數(shù)字孿生體。物理產(chǎn)品在進(jìn)入使用服務(wù)階段后，隨著使用時(shí)間的增加和使用次數(shù)的增加，可能會(huì)出現(xiàn)組件故障、磨損或損壞的情況，需要進(jìn)行部分組件的更換。而產(chǎn)品數(shù)字孿生體與物理產(chǎn)品始終保持一致，會(huì)自動(dòng)響應(yīng)產(chǎn)品的組件變更信息。因此，可以看出產(chǎn)品數(shù)字孿生體是產(chǎn)品全生命周期的數(shù)據(jù)中心，它描繪了產(chǎn)品從設(shè)計(jì)階段、使用服務(wù)到報(bào)廢/回收的所有信息和模型。產(chǎn)品數(shù)字孿生體采用全數(shù)字量表達(dá)產(chǎn)品的幾何特征、性能、狀態(tài)和功能，作為全生命周期信息的唯一依據(jù)。同時(shí)，產(chǎn)品數(shù)字孿生體也是全價(jià)值鏈的信息集成中心，其主要目的是實(shí)現(xiàn)整個(gè)價(jià)值鏈中的價(jià)值在時(shí)間和空間上的無(wú)縫協(xié)同。這不僅包括共享產(chǎn)品的信息，也是一種在空間上基于信息唯一性的全價(jià)值鏈服務(wù)協(xié)同。因此，產(chǎn)品信息能夠在全價(jià)值鏈實(shí)現(xiàn)可追溯/可追蹤性，并能夠返回到產(chǎn)品數(shù)字孿生體中，最終形成信息高度閉環(huán)的產(chǎn)品數(shù)字孿生體。
生產(chǎn)系統(tǒng)數(shù)字孿生系統(tǒng)生產(chǎn)系統(tǒng)數(shù)字孿生系統(tǒng)是一種將原材料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的場(chǎng)所，也是信息流、能量流和物流相互作用的地方。根據(jù)不同的層次劃分，生產(chǎn)系統(tǒng)可以包括工廠、車間、生產(chǎn)線和加工單元。一個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的全生命周期可以分為規(guī)劃與設(shè)計(jì)階段、施工建造階段、運(yùn)營(yíng)與維護(hù)階段以及報(bào)廢與改建階段。每個(gè)階段的目標(biāo)不同，對(duì)信息的需求也不同，同時(shí)信息也具有不同的特征。數(shù)字經(jīng)濟(jì)應(yīng)用實(shí)踐專家駱仁童博士表示，在生產(chǎn)系統(tǒng)的全生命周期中，所需承載的信息不斷累積并從前一個(gè)階段傳遞到下一個(gè)階段，通過數(shù)字孿生系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)面向產(chǎn)品制造過程多領(lǐng)域、全要素、全業(yè)務(wù)流程的融合信息。為了滿足信息流的流動(dòng)性、集成性和可擴(kuò)充性需求，需要使用面向生產(chǎn)系統(tǒng)全生命周期的數(shù)字孿生技術(shù)。以智能工廠為例，在構(gòu)建工廠數(shù)字孿生系統(tǒng)的過程中，工廠數(shù)字胚胎包括利用BIM提供的精確三維模型數(shù)字化技術(shù)在工廠設(shè)計(jì)和規(guī)劃階段對(duì)工廠進(jìn)行提前建模，先于物理工廠誕生，是一種集成生產(chǎn)性能指標(biāo)、產(chǎn)品工藝規(guī)劃和調(diào)度模型的理想化數(shù)字模型。通過這種理想化數(shù)字模型來(lái)仿真工廠生命周期的制造活動(dòng)，驗(yàn)證工廠整體運(yùn)行的可行性和效率。
供應(yīng)鏈數(shù)字孿生系統(tǒng)供應(yīng)鏈數(shù)字孿生系統(tǒng)是一種利用大數(shù)據(jù)和建模仿真技術(shù)，創(chuàng)建整個(gè)供應(yīng)鏈的數(shù)字模型的方法。在供應(yīng)鏈管理過程中，所有產(chǎn)品都會(huì)產(chǎn)生與其動(dòng)態(tài)、性能和狀況相關(guān)的信息。通過收集這些海量數(shù)據(jù)，企業(yè)可以建立供應(yīng)鏈各個(gè)節(jié)點(diǎn)，如倉(cāng)儲(chǔ)、樞紐、運(yùn)輸、配送；和業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)，如庫(kù)存管理的模型。供應(yīng)鏈上的各節(jié)點(diǎn)是最小的智能體單元，通過對(duì)這些智能體單元的建模和仿真，以及通過開放接口將模型串聯(lián)起來(lái)，可以在虛擬空間中使整個(gè)供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)的功能運(yùn)轉(zhuǎn)。供應(yīng)鏈數(shù)字孿生系統(tǒng)的最終目的是通過實(shí)時(shí)的信息交互實(shí)現(xiàn)服務(wù)協(xié)作和服務(wù)追蹤管理。在供應(yīng)鏈上下游中，每個(gè)工廠是一個(gè)業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)（智能體單元），這些工廠形成工廠群數(shù)字孿生協(xié)同域。利用協(xié)同域中的工廠數(shù)字孿生體，建立一致的工廠指標(biāo)評(píng)價(jià)體系，綜合各個(gè)工廠的協(xié)同目標(biāo)、協(xié)同約束制定伙伴選擇策略，構(gòu)建協(xié)同優(yōu)化模型，實(shí)現(xiàn)在工廠制造各個(gè)層級(jí)（車間、生產(chǎn)線、設(shè)備）和上下游工廠進(jìn)行業(yè)務(wù)協(xié)同。工廠群可根據(jù)自身在供應(yīng)鏈的定位和自身工廠制造運(yùn)行特點(diǎn)構(gòu)建可視化服務(wù)信息模型。下游工廠可根據(jù)服務(wù)需求定期通過點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的可視化追蹤對(duì)上游工廠進(jìn)行動(dòng)態(tài)的監(jiān)督、評(píng)估和管理。
數(shù)字孿生打破了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)鏈條的角色固化，形成了一些新的價(jià)值空間與機(jī)會(huì)。以前從原材料采購(gòu)、設(shè)計(jì)、封裝到銷售的過程中存在時(shí)空距離的問題。數(shù)字孿生可以縮短距離，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)同步。需求可以隨時(shí)改變，只要實(shí)現(xiàn)中間數(shù)據(jù)的匯集，各方就能同步進(jìn)行可行性分析和需求校準(zhǔn)，在產(chǎn)品還未生產(chǎn)時(shí)達(dá)成共識(shí)。
