為了推動中國經(jīng)濟的高質(zhì)量發(fā)展和中國式現(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復(fù)雜系統(tǒng)的掌控能力。無論是城市、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時監(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，機場匝道應(yīng)用人臉識別技術(shù)，通過傳感器將數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶蠖似脚_，有效地控制了人員流動。全球?qū)?shù)字孿生的需求不斷增長，推動了各個行業(yè)的迅速發(fā)展。同時，以數(shù)字化和自動化為重點的新型工業(yè)化發(fā)展趨勢也在拉動對數(shù)字孿生及其應(yīng)用的需求。然而，僅僅將現(xiàn)實映射到數(shù)字空間是不夠的，還需要構(gòu)建新的商業(yè)邏輯和價值閉環(huán)，才能真正釋放數(shù)字孿生帶來的新生動能。過去，數(shù)據(jù)都存儲在個人電腦中，管理者需要親自去每條生產(chǎn)線、每臺設(shè)備、每個儀表上獲取數(shù)據(jù)，而數(shù)字孿生技術(shù)打通了整個場景的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了實時監(jiān)控和維護，并創(chuàng)建了統(tǒng)一的數(shù)字化管理平臺。數(shù)字孿生釋放價值有兩個新特征：一方面，數(shù)據(jù)是實時動態(tài)的，價值是實時涌現(xiàn)出來的。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)來源匯聚并疊加在一起。數(shù)字經(jīng)濟應(yīng)用實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)律將不再局限于實體場景中，而是將物理空間產(chǎn)生的互動數(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)而再投射到真實場景中，讓預(yù)測和控制 效果更好。
對于工業(yè)企業(yè)來說，智能制造通常需要在設(shè)計和運營階段進(jìn)行大量投入。這兩個階段都可以引入數(shù)字孿生技術(shù)，并自然延伸到銷售階段，實現(xiàn)從“工廠”到“客戶”的全流程。以下三個典型的系統(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)計階段，設(shè)計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，都會實時記錄在產(chǎn)品數(shù)字孿生體中?；谏a(chǎn)約束、生產(chǎn)目標(biāo)、產(chǎn)品工藝等因素，可以實現(xiàn)對產(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，隨著使用時間的增加和使用次數(shù)的增加，可能會出現(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，會自動響應(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)計階段、使用服務(wù)到報廢/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，產(chǎn)品數(shù)字孿生體也是全價值鏈的信息集成中心，其主要目的是實現(xiàn)整個價值鏈中的價值在時間和空間上的無縫協(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值鏈服務(wù)協(xié)同。因此，產(chǎn)品信息能夠在全價值鏈實現(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。一個生產(chǎn)系統(tǒng)的全生命周期可以分為規(guī)劃與設(shè)計階段、施工建造階段、運營與維護階段以及報廢與改建階段。每個階段的目標(biāo)不同，對信息的需求也不同，同時信息也具有不同的特征。數(shù)字經(jīng)濟應(yīng)用實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階段傳遞到下一個階段，通過數(shù)字孿生系統(tǒng)可以實現(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性、集成性和可擴充性需求，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)計和規(guī)劃階段對工廠進(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)字模型來仿真工廠生命周期的制造活動，驗證工廠整體運行的可行性和效率。
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)品都會產(chǎn)生與其動態(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)鏈各個節(jié)點，如倉儲、樞紐、運輸、配送；和業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)，如庫存管理的模型。供應(yīng)鏈上的各節(jié)點是最小的智能體單元，通過對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，可以在虛擬空間中使整個供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)的功能運轉(zhuǎn)。供應(yīng)鏈數(shù)字孿生系統(tǒng)的最終目的是通過實時的信息交互實現(xiàn)服務(wù)協(xié)作和服務(wù)追蹤管理。在供應(yīng)鏈上下游中，每個工廠是一個業(yè)務(wù)節(jié)點（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)評價體系，綜合各個工廠的協(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，實現(xiàn)在工廠制造各個層級（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行特點構(gòu)建可視化服務(wù)信息模型。下游工廠可根據(jù)服務(wù)需求定期通過點對點的可視化追蹤對上游工廠進(jìn)行動態(tài)的監(jiān)督、評估和管理。
數(shù)字孿生打破了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)鏈條的角色固化，形成了一些新的價值空間與機會。以前從原材料采購、設(shè)計、封裝到銷售的過程中存在時空距離的問題。數(shù)字孿生可以縮短距離，實現(xiàn)實時同步。需求可以隨時改變，只要實現(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)時達(dá)成共識。
