科普之數(shù)字孿生

吳貝言

“數(shù)字孿生”是個(gè)啥,？

專(zhuān)家解釋?zhuān)?a target="_blank" class="autolink">數(shù)字孿生是利用物理模型,、傳感器更新、運(yùn)行 歷史 等數(shù)據(jù)，為實(shí)體設(shè)備或系統(tǒng)創(chuàng)造數(shù)字版“克隆體”,。好比在與現(xiàn)實(shí)平行的數(shù)字世界,，你有一個(gè)一模一樣的“雙胞胎兄弟”，他與你完全同步,，甚至?xí)饶愀煲徊饺ノ磥?lái)世界看一看,，告訴你未來(lái)會(huì)發(fā)生什么，如何提前應(yīng)對(duì),。目前,，該技術(shù)已在橋隧、地鐵等復(fù)雜工程建設(shè)領(lǐng)域應(yīng)用,，并逐漸向工業(yè)品生產(chǎn)領(lǐng)域延伸,。

在華科大教授李培根院士的眼中，數(shù)字孿生是智能裝備的靈魂,，數(shù)字孿生應(yīng)用正逐漸成為新一代制造的重要趨勢(shì),。

在數(shù)字孿生工廠中，利用動(dòng)態(tài)場(chǎng)景監(jiān)控,、生產(chǎn)工藝聯(lián)動(dòng),、過(guò)程異常報(bào)警等功能，工廠產(chǎn)量,、設(shè)備變化等情況能被高效管控,。張青介紹，在維盈WINGplat工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái),，數(shù)字孿生工廠將安全環(huán)保,、設(shè)備 健康 、供應(yīng)鏈協(xié)同,、生產(chǎn)管控,、應(yīng)急管理實(shí)現(xiàn)五個(gè)一體化，讓傳統(tǒng)工業(yè)企業(yè)成功轉(zhuǎn)型智能虧襲備制造,。在江西藍(lán)星星火有機(jī)硅有限公司,，借助數(shù)字孿生、5G無(wú)人機(jī)巡檢等網(wǎng)絡(luò)技術(shù),，企業(yè)生產(chǎn)管理成本降低20%,，工藝安全預(yù)判銷(xiāo)毀效率增長(zhǎng)80%。在中國(guó)中化南通星辰合成材料有限公司,，以數(shù)字孿生為代表的應(yīng)用技術(shù)助力企業(yè)生產(chǎn)管理效率提升六成多,。

在烽火通信 科技 股份有限公司副總裁范志文看來(lái)，數(shù)字孿生是網(wǎng)絡(luò)世界的“元宇宙”,。通過(guò)數(shù)字孿生,、人工智能,、算力算法構(gòu)筑的智慧光網(wǎng)體系，開(kāi)放且高效,，可實(shí)現(xiàn)一個(gè)重要價(jià)值——“隨需”：消費(fèi)者通過(guò)APP提出消費(fèi)需求,，“數(shù)字孿生”通過(guò)算力算法轉(zhuǎn)換，驅(qū)動(dòng)平臺(tái)和現(xiàn)實(shí)隨時(shí)滿足需求,。

數(shù)字孿生,，還能幫助提升城市的精細(xì)化管理水平。軟通智慧 科技 有限公司首席戰(zhàn)略官葉毓平表示,，通過(guò)建立數(shù)字孿生城市,，能實(shí)時(shí)看到現(xiàn)實(shí)城市的運(yùn)行狀態(tài)，并靈活應(yīng)對(duì)各種突發(fā)情況,。

據(jù)了解,，“ 探索 建設(shè)數(shù)字孿生城市”已被納入我國(guó)“十四五”規(guī)劃，多部委密集出臺(tái)政策文件,，規(guī)范引領(lǐng)數(shù)字孿生技術(shù),、應(yīng)用、產(chǎn)業(yè)發(fā)展,，上海,、海南、浙江,、禪好北京,、山東等省市已率先開(kāi)展數(shù)字孿生城市建設(shè)實(shí)踐。

什么是CIM模型

CIM的起源

從上世紀(jì)90年代開(kāi)始,，中國(guó)的城市管理信息化領(lǐng)域引入了GIS技術(shù)作為基礎(chǔ)工具,，并以此提出了城市網(wǎng)格化管理的理念，緩解了城市管理粗放,、公共領(lǐng)域缺少管理的局面,，取得了良好的效果，極大推進(jìn)了城市管理精細(xì)化和規(guī)范化,。城市管理者們?cè)诔鞘芯W(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上,，將城市信息進(jìn)行慶凱業(yè)務(wù)化分類(lèi)，為城市信息的融合奠定了基礎(chǔ),，并開(kāi)始地理信息共享平臺(tái)的探索與建設(shè),。

從2010年開(kāi)始，城市信息化的概念也由"數(shù)字城市”向“智慧城市”升級(jí),，首先是?3DGIS技術(shù)發(fā)展迅速,，城市的空間表達(dá)由二維向三維化升級(jí)，通過(guò)3DGIS展現(xiàn)城市立體全貌,，提供一個(gè)比二維地圖更加精細(xì)的時(shí)空應(yīng)用支撐,。城市信息關(guān)聯(lián)到精細(xì)的三維對(duì)象上,，為多個(gè)行業(yè)提供了更加直觀與精細(xì)的應(yīng)用場(chǎng)景。

在應(yīng)用維度升級(jí)的同時(shí),，隨著行業(yè)應(yīng)用的深入和信息采集維度的豐富，行業(yè)應(yīng)用逐步由單個(gè)應(yīng)用向跨業(yè)務(wù)的綜合應(yīng)用發(fā)展,，應(yīng)急救援等需要整合多個(gè)行業(yè)信息的綜合業(yè)務(wù)也可以快速構(gòu)建,，而支撐多行業(yè)綜合應(yīng)用的時(shí)空信息云平臺(tái)也成為城市建設(shè)的新熱點(diǎn)和新方向。

近年來(lái),，隨著物聯(lián)網(wǎng),、大數(shù)據(jù)技術(shù)的興起，信息資產(chǎn)已經(jīng)成為社會(huì)管理的核心,，城市智慧化的管理愈發(fā)需要跨部門(mén),、跨領(lǐng)域的信息融合。無(wú)論在城市生活還是城市管理中,，能夠支撐信息融合與信息挖掘的技術(shù)也愈發(fā)重要,，城市的規(guī)劃、建設(shè),、運(yùn)營(yíng)都將基于新的信息技術(shù),，圍繞信息的采集、融合和應(yīng)用而呈現(xiàn)新的發(fā)展動(dòng)力與發(fā)展模式,。

CIM城市信息模型概念

信息的實(shí)時(shí)性提高與智能化程度提升,，都推動(dòng)城市由物理世界向虛擬世界映射，數(shù)字驅(qū)動(dòng)實(shí)體向著新的發(fā)展方向前進(jìn),。城市信息化形成全要素采集,、全專(zhuān)業(yè)建模、全生命周期管理,、全空間數(shù)字化管理,、全場(chǎng)景支撐的建設(shè)理念，城市信息模型（City Information Modeling,，CIM) 的概念也正是在這樣的行業(yè)發(fā)展中被提出,。

政策依據(jù)

2021年3月，《中華人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》第十六章中提出,，“完善城市信息模型平臺(tái)和運(yùn)行管理服務(wù)平臺(tái),，構(gòu)建城市數(shù)據(jù)資源體系，推進(jìn)城市數(shù)據(jù)大腦建設(shè),。探索建設(shè)數(shù)字孿生城市,。”明確提出了數(shù)字城市建設(shè)中要重點(diǎn)發(fā)展城市信息模型平臺(tái)與數(shù)字孿生城市,，CIM建設(shè)成為國(guó)家城市治理體系和治理能力現(xiàn)代化的目標(biāo)和方向之一,。

國(guó)家各部委近年來(lái)也發(fā)布政策標(biāo)準(zhǔn),，引導(dǎo)城市信息模型平臺(tái)的建設(shè)落地。

2019年9月,，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部,、工業(yè)和信息化部和中央網(wǎng)信辦聯(lián)合頒布《關(guān)于開(kāi)展城市信息模型（CIM）基礎(chǔ)平臺(tái)建設(shè)的指導(dǎo)意見(jiàn)》，對(duì)CIM基礎(chǔ)平臺(tái)建設(shè)的定位,、建設(shè)原則,、建設(shè)目標(biāo)、建設(shè)內(nèi)容,、運(yùn)營(yíng)維護(hù)和服務(wù)保障等工作進(jìn)行了全方位的指導(dǎo),。

2020年3月，發(fā)改委發(fā)布了《加快培育新型消費(fèi)實(shí)施方案》,，將CIM定義為新一代信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),，要推動(dòng)城市信息模型（CIM）基礎(chǔ)平臺(tái)建設(shè)，支持城市規(guī)劃建設(shè)管理多場(chǎng)景應(yīng)用,，促進(jìn)城市基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化和城市建設(shè)數(shù)據(jù)匯聚,。

2020年9月，自然資源部發(fā)布了《市級(jí)國(guó)土空間總體規(guī)劃編制指南（試行）》,，在文中提出“……基于國(guó)土空悄激間基礎(chǔ)信息平臺(tái),，探索建立城市信息模型（CIM）和城市時(shí)空感知系統(tǒng)，促進(jìn)智慧規(guī)劃和智慧城市建設(shè),，提高國(guó)土空間精治,、共治、法治水平”,。

2020年9月27日,，住建部發(fā)布《城市信息模型（CIM）基礎(chǔ)平臺(tái)技術(shù)導(dǎo)則》作為行業(yè)CIM基礎(chǔ)平臺(tái)建設(shè)的技術(shù)依據(jù)。

2021年4月,，住建部分別就CIM基礎(chǔ)平臺(tái)建設(shè)中的數(shù)據(jù)加工,、規(guī)劃管理、工程報(bào)批,、施工圖審查,、竣工驗(yàn)收備案等方面發(fā)布了相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的征求意見(jiàn)稿，對(duì)CIM平臺(tái)建設(shè)提供了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的參照與保障,。

一,、CIM基礎(chǔ)平臺(tái)的特點(diǎn)與價(jià)值

CIM目前重要的建設(shè)內(nèi)容，是通過(guò)構(gòu)建一個(gè)基于三維數(shù)字空間的現(xiàn)實(shí)城市譽(yù)運(yùn)喚數(shù)字化版本,，成為連接城市現(xiàn)實(shí)世界與數(shù)字虛擬世界的橋梁,。為城市提供全空間、全要素,、全專(zhuān)業(yè),、全流程和全生命周期的城市數(shù)字化管理能力,。這個(gè)數(shù)字化的版本，稱(chēng)為CIM基礎(chǔ)平臺(tái),，也是未來(lái)新一代信息基礎(chǔ)設(shè)施,。

（一）CIM基礎(chǔ)平臺(tái)的特點(diǎn)

傳統(tǒng)的GIS技術(shù)支撐建設(shè)的數(shù)字城市，其城市信息管理粒度比較大到城市的大型部件,。CIM基礎(chǔ)平臺(tái)引入BIM信息后,，城市信息管理的粒度從建筑整體延伸到了建筑構(gòu)件，從而能夠構(gòu)建從城市宏觀布局到微觀部件的完整全面的城市信息框架,，為城市精細(xì)化治理提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ),。

住建部發(fā)行的《城市信息模型基礎(chǔ)平臺(tái)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》中對(duì)CIM進(jìn)行了明確的定義：城市信息模型,，是以建筑信息模型（BIM）,、數(shù)字孿生（Digital Twin）、地理信息系統(tǒng)（GIS）,、物聯(lián)網(wǎng)（IoT）等技術(shù)為基礎(chǔ),，整合城市地上地下、室內(nèi)室外,、歷史現(xiàn)狀未來(lái)多維信息模型數(shù)據(jù)和城市感知數(shù)據(jù),，構(gòu)建起三維數(shù)字空間的城市信息有機(jī)綜合體。

三維數(shù)字空間城市信息有機(jī)綜合體,，就是將 BIM 在建筑領(lǐng)域設(shè)計(jì),、施工、運(yùn)營(yíng)一體化的全生命周期管理的理念應(yīng)用到城市中,，將以 BIM 技術(shù)提供的城市微觀信息與 GIS 技術(shù)為基礎(chǔ)的城市宏觀場(chǎng)景信息進(jìn)行融合,，并將城市交通、人群,、資金等等動(dòng)態(tài)信息進(jìn)行結(jié)構(gòu)化整合,，形成一個(gè)能夠同步反映城市完整現(xiàn)狀，并且對(duì)城市發(fā)展進(jìn)行預(yù)測(cè)與研究的信息巨系統(tǒng),。

（二）CIM基礎(chǔ)平臺(tái)的價(jià)值

1.CIM是空間智慧引導(dǎo)城市發(fā)展的切入點(diǎn)

CIM通過(guò)支撐構(gòu)建數(shù)字化虛擬城市,，實(shí)現(xiàn)對(duì)物理城市的映射、監(jiān)管,、分析和模擬,，是我國(guó)數(shù)字社會(huì)建設(shè)中數(shù)字驅(qū)動(dòng)發(fā)展的建設(shè)理念的具體落地實(shí)現(xiàn)。

借助對(duì)空間對(duì)象的分析與挖掘能力,，CIM在數(shù)字空間中構(gòu)建城市的信息化模型,，通過(guò)空間技術(shù)對(duì)信息的分析、挖掘,，能夠在數(shù)字空間中對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的狀態(tài)發(fā)展,、變化趨勢(shì),、管理響應(yīng)等進(jìn)行判斷與預(yù)測(cè)，從而能夠準(zhǔn)確地把握城市發(fā)展,，指導(dǎo)制定城市運(yùn)維管理政策與手段,，減少現(xiàn)實(shí)中的試錯(cuò)成本，實(shí)現(xiàn)將數(shù)字成果映射到現(xiàn)實(shí)世界,，再將數(shù)字成果反哺現(xiàn)實(shí)世界的雙向驅(qū)動(dòng),，達(dá)到城市數(shù)字驅(qū)動(dòng)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)。

2.城市現(xiàn)代化治理需要CIM的空間智慧服務(wù)

城市現(xiàn)代化治理中數(shù)字治理能力建設(shè)是核心和關(guān)鍵,。數(shù)字治理能力是面向城市不同管理領(lǐng)域,、管理模式和管理手段的信息化能力的全面升級(jí)，利用數(shù)字技術(shù)通過(guò)對(duì)城市信息的采集,、存儲(chǔ),、計(jì)算和程序，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控城市運(yùn)行狀態(tài),，預(yù)測(cè)城市發(fā)展動(dòng)向,，維護(hù)城市穩(wěn)定運(yùn)行。

城市數(shù)字治理能力的核心是城市空間數(shù)字化能力的構(gòu)建,，而CIM建設(shè)是城市空間數(shù)字化能力的基礎(chǔ)支撐與具體實(shí)踐,。CIM平臺(tái)的總體建設(shè)目標(biāo)，是通過(guò)構(gòu)建城市基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化資源庫(kù),，城市設(shè)施與業(yè)務(wù)建模,，城市時(shí)空信息分析與挖掘能力，在統(tǒng)一的框架下實(shí)現(xiàn)城市信息共享互通,，支撐城市跨部門(mén),、跨層級(jí)、跨區(qū)域的整理能力,，為城市現(xiàn)代化治理提供城市空間的全面表達(dá)能力,，城市信息挖掘的空間分析計(jì)算能力，提升城市治理的數(shù)字化水平,，比較終服務(wù)于城市現(xiàn)代化治理的總體目標(biāo),。

二、CIM基礎(chǔ)平臺(tái)生命力的“3-4-5”

（一）三項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)

BIM+GIS+IoT是CIM平臺(tái)建設(shè)的基礎(chǔ)能力支撐,。

GIS提供城市大尺度空間內(nèi)的地形地貌,、構(gòu)造布局信息的管理與應(yīng)用能力，BIM提供城市微觀尺度下的部件與構(gòu)件信息的構(gòu)造與管理能力,。通過(guò) BIM+GIS,，整合城市地上 / 地下、室 內(nèi) / 室外的空間數(shù)據(jù)體系，實(shí)現(xiàn)宏觀 / 微觀一體化的管理,、展現(xiàn)與分析應(yīng)用,，結(jié)合 IoT 技術(shù)對(duì)城市信息的多維度實(shí)時(shí)采集，實(shí)現(xiàn)歷史現(xiàn)狀未來(lái)多維多尺度信息模型數(shù)據(jù)和城市感知數(shù)據(jù)和融合,，比較終構(gòu)建起三維數(shù)字空間的城市信息有機(jī)綜合體,，并依此推動(dòng)城市規(guī)劃、建造,、管理的新模式,。

（二）四項(xiàng)創(chuàng)新理念

CIM平臺(tái)是城市數(shù)字治理現(xiàn)代化管理理念的落地和創(chuàng)新。

1.城市信息集成創(chuàng)新,，通過(guò)構(gòu)建城市全生命周期的數(shù)據(jù),，記錄與挖掘城市成長(zhǎng)信息，形成跨行業(yè),、跨領(lǐng)域的城市信息集成新模式與新理念,。

2.城市狀態(tài)表達(dá)創(chuàng)新，通過(guò)構(gòu)建城市全時(shí)空數(shù)據(jù)模型,，讓城市多維度信息能夠在三維數(shù)字空間中進(jìn)行融合,，實(shí)現(xiàn)城市信息的新的表達(dá)形式,。

3.城市管理方法創(chuàng)新,，通過(guò)采集構(gòu)建城市全要素、全專(zhuān)業(yè)數(shù)據(jù),，為城市搭建“建-管-養(yǎng)-運(yùn)”的信息化模型與業(yè)務(wù)規(guī)則,，實(shí)現(xiàn)城市數(shù)字化***管控。

4.城市信息共享創(chuàng)新,，通過(guò)采集城市運(yùn)營(yíng)全過(guò)程數(shù)據(jù),，支撐成果管理各項(xiàng)業(yè)務(wù)的開(kāi)發(fā)與協(xié)同，促進(jìn)城市支持信息的全面開(kāi)放,。

（三）五項(xiàng)核心能力

在關(guān)鍵技術(shù)支撐和創(chuàng)新理念的指導(dǎo)下,，CIM形成聚合、表達(dá),、服務(wù),、呈現(xiàn)與分析5項(xiàng)核心能力，為城市數(shù)字孿生建設(shè)提供了基礎(chǔ)和支撐：

1.全要素?cái)?shù)字化表達(dá)能力：對(duì)城市空/天/地,、室內(nèi)/室外,、 地上/地下的全要素采集、數(shù)字化建庫(kù),，實(shí)現(xiàn)二三維一體化,、時(shí)空一體化城市數(shù)字底板。

2.數(shù)據(jù)融合與建模能力：在城市全要素?cái)?shù)字化基礎(chǔ)上，以城市時(shí)空數(shù)據(jù)為主要索引,，建立跨行業(yè)數(shù)據(jù)模型,，實(shí)現(xiàn)城市全要素、全過(guò)程,、一體化的時(shí)空數(shù)據(jù)體系,。

3.可視化呈現(xiàn)能力：對(duì)城市全貌大場(chǎng)景到城市細(xì)節(jié)的一體化多級(jí)別渲染；提供空間分析,、大數(shù)據(jù)分析,、仿真結(jié)果等多主體可視化能力，支持大屏,、網(wǎng)頁(yè),、移動(dòng)端等多種顯示場(chǎng)景。

4.空間分析計(jì)算能力：是指基于城市三維模型,，針對(duì)具體業(yè)務(wù)指標(biāo)建立分析模型,，進(jìn)行空間數(shù)據(jù)相關(guān)計(jì)算、分析,、展示的能力,。

5.數(shù)據(jù)服務(wù)共享能力：基于CIM的全要素時(shí)空數(shù)據(jù)資源和跨行業(yè)建模與分析能力，以數(shù)據(jù)信息服務(wù)的方式提供各業(yè)務(wù)使用,，支持更為***全面的呈現(xiàn)和表達(dá),，更準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、趨勢(shì)預(yù)判等功能,。

三項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)與四項(xiàng)創(chuàng)新理念,，形成了CIM五項(xiàng)基礎(chǔ)核心能力，為城市管理數(shù)字化與智慧化提供持續(xù)的生命力,。

如何在數(shù)字化轉(zhuǎn)型中推進(jìn)和實(shí)施數(shù)字孿生？

從2017年和2019年Gartner將數(shù)字孿生（Digital Twin）作為十大戰(zhàn)略性技術(shù)發(fā)布以來(lái),，數(shù)字孿生正在從虛擬產(chǎn)品生命周期管理,、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)技術(shù)，發(fā)展為企業(yè)數(shù)字化的核心通用技術(shù),。作為企業(yè)數(shù)字化通用技術(shù),，數(shù)字孿生為企告液租業(yè)的運(yùn)營(yíng)創(chuàng)新、產(chǎn)品與服務(wù)創(chuàng)新,、商業(yè)模式創(chuàng)新,、管理創(chuàng)新帶來(lái)了新的機(jī)會(huì)，本文結(jié)合PLM,、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)及企業(yè)領(lǐng)域數(shù)字孿生技術(shù)的發(fā)展演進(jìn)探討如何規(guī)劃和實(shí)施企業(yè)數(shù)字孿生戰(zhàn)略,。

數(shù)字孿生的技術(shù)演進(jìn)：從虛擬產(chǎn)品技術(shù)到數(shù)字化戰(zhàn)略技術(shù)

2021年上海車(chē)展特斯拉車(chē)主維權(quán)事件中,，特斯拉分別向市場(chǎng)監(jiān)管部門(mén)、維權(quán)的張女士發(fā)送了整理為Excel表格的48頁(yè)6697組后臺(tái)服務(wù)器數(shù)據(jù),，詳細(xì)記錄了車(chē)主在事故前30分鐘的車(chē)輛狀況和駕駛動(dòng)作,。

特斯拉的用戶(hù)不僅可以通過(guò)特斯拉的數(shù)字孿生追溯設(shè)備的過(guò)去和當(dāng)前使用狀況，還可以發(fā)現(xiàn),，在使用過(guò)程中,，特斯拉 汽車(chē) 的功能似乎越來(lái)越智能，特斯拉 汽車(chē) 似乎會(huì)越來(lái)越懂你,。特斯拉通過(guò)數(shù)字孿生給用戶(hù)提供了一種“持續(xù)智能”,，可以持續(xù)適配用戶(hù)、持續(xù)優(yōu)化,。特斯拉通過(guò)這種服務(wù),，每年可以從每輛特斯拉獲得超過(guò)1200美元的收入。

要構(gòu)建類(lèi)似特斯拉這樣的數(shù)字化產(chǎn)品,、服務(wù)和商業(yè)模式,，首先需要理解數(shù)字孿生技術(shù)的由來(lái)、發(fā)展及持續(xù)演進(jìn),。數(shù)字孿生迄今經(jīng)歷了三個(gè)演進(jìn)階段：

1,、虛擬產(chǎn)品管理發(fā)展階段

2003年邁克爾·格里夫斯（Michael Greives）***次提出將數(shù)字孿生（Digital Twin） 作為PLM的一個(gè)概念模型，將虛擬產(chǎn)品納入PLM的管理范疇,，重新定義了PLM,。到2011年NASA將“數(shù)字孿生”（Digital Twin）列入美國(guó)航空航天發(fā)展規(guī)劃，這個(gè)階段是數(shù)字孿生的概念形成階段,。襪兆這個(gè)階段數(shù)字孿生主要被定位為下一代PLM系統(tǒng)的“虛擬完美模型”（Virtually perfect Model）,。

2,、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展階段

2011年以來(lái),，GE公司發(fā)布雄心勃勃的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)計(jì)劃，隨后,，在GE和西門(mén)子,、PTC等公司的倡導(dǎo)和支持下，數(shù)字孿生作為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)得到了前所未有的重視,，這個(gè)階段,，無(wú)論是GE、PTC還是西門(mén)子,，都不僅將數(shù)字孿生用于CAD,、CAE、PLM等虛擬產(chǎn)品系統(tǒng)工程,，還在設(shè)備（APM）,、過(guò)程控制、網(wǎng)絡(luò)等工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)各個(gè)領(lǐng)域以數(shù)字孿生和數(shù)字主線作為核心技術(shù)支持，各個(gè)廠商分別發(fā)布了設(shè)備,、網(wǎng)絡(luò),、過(guò)程、產(chǎn)品,、生產(chǎn),、運(yùn)營(yíng)等不同應(yīng)用場(chǎng)景數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的數(shù)字孿生體。數(shù)字孿生通過(guò)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展進(jìn)入到商用階段,，不過(guò)迄今大約只有1%的企業(yè)資產(chǎn)應(yīng)用了數(shù)字孿生技術(shù),。

3、數(shù)字化戰(zhàn)略技術(shù)發(fā)展階段

2017年Gartner將數(shù)字孿生列入10大戰(zhàn)略技術(shù)趨勢(shì),，數(shù)字孿生從工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展為基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧城市和企業(yè)數(shù)字化的核心戰(zhàn)略技術(shù),。數(shù)字孿生作為戰(zhàn)略技術(shù)，從復(fù)雜系統(tǒng)工程（iMBSE）和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等特定領(lǐng)域發(fā)展為智慧城市和企業(yè)的數(shù)字化基礎(chǔ)設(shè)施,。Gartner數(shù)字孿生分為離散數(shù)字孿生,、組合數(shù)字孿生、埋行組織數(shù)字孿生三個(gè)基本類(lèi)型,。產(chǎn)品數(shù)字孿生也好,，設(shè)備數(shù)字孿生也好，實(shí)際都是一種離散的數(shù)字體,，這樣的數(shù)字孿生的作用是局部的,，Gartner的建議實(shí)際是將這種離散的數(shù)字孿生能力“組裝”起來(lái)，打造具備特定的業(yè)務(wù)模式和運(yùn)營(yíng)模式的組織數(shù)字孿生（DTO）,，讓企業(yè)具備數(shù)字孿生的持續(xù)智能能力,。這樣，數(shù)字孿生就成為企業(yè)數(shù)字化的一種核心戰(zhàn)略技術(shù),。

數(shù)字孿生實(shí)施路線：從離散可視,、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)到持續(xù)智能

數(shù)字孿生的概念雖然出現(xiàn)已久，但是在企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型中的應(yīng)用還剛剛開(kāi)始,，即使引入數(shù)字孿生的企業(yè)也還處于試點(diǎn)和 探索 階段,。但是在未來(lái)一年內(nèi)，65%的大型企業(yè)都表示會(huì)投入啟動(dòng)數(shù)字孿生項(xiàng)目,。未來(lái)兩到三年,，是企業(yè)數(shù)字孿生建設(shè)的戰(zhàn)略機(jī)遇期，有的放矢的擬定數(shù)字孿生戰(zhàn)略,，無(wú)疑將獲得先行優(yōu)勢(shì),。

目前推行數(shù)字孿生的制造企業(yè)，基本有兩條戰(zhàn)略實(shí)施路線,，一條是從產(chǎn)品數(shù)字孿生開(kāi)始,，基于產(chǎn)品數(shù)字孿生,，實(shí)現(xiàn)虛擬樣機(jī)、虛擬仿真,，縮短產(chǎn)品研發(fā)周期,，降低產(chǎn)品研發(fā)成本。典型代表是中車(chē)集團(tuán)如中車(chē)株機(jī),；一條是設(shè)備和車(chē)間數(shù)字孿生開(kāi)始,，基于設(shè)備和車(chē)間數(shù)字孿生，實(shí)現(xiàn)透明化的裝備生產(chǎn),、運(yùn)維和服務(wù),。典型代表是樹(shù)根互聯(lián)參與的三一重工8號(hào)工廠；

從企業(yè)戰(zhàn)略發(fā)展角度,，為了實(shí)現(xiàn)通過(guò)數(shù)字孿生構(gòu)建未來(lái)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì),，企業(yè)的數(shù)字孿生的戰(zhàn)略可以按照四個(gè)步驟展開(kāi)：

1、***階段：實(shí)現(xiàn)離散數(shù)字孿生的連接與可見(jiàn)

離散數(shù)字孿生,是實(shí)現(xiàn)設(shè)備,、人員等單一的資源數(shù)據(jù)連接和數(shù)據(jù)可視以實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化的單一數(shù)字孿生體,。這一階段，基于邊緣網(wǎng)絡(luò)技術(shù),、設(shè)備及資源管理系統(tǒng),，通過(guò)選定的設(shè)備、流程,、系統(tǒng)的數(shù)字化連接和數(shù)據(jù)采集,、數(shù)字化標(biāo)識(shí)、數(shù)字化監(jiān)測(cè),，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化設(shè)備,、流程和系統(tǒng)的診斷、描述性分析和預(yù)測(cè),；目前在不少企業(yè)推行的RPA（流程機(jī)器人）其實(shí)也是一種離散數(shù)字孿生的應(yīng)用,。設(shè)備的離散數(shù)字孿生未來(lái)將主要通過(guò)設(shè)備供應(yīng)商提供；流程的離散數(shù)字孿生主要通過(guò)應(yīng)用軟件服務(wù)商提供,；

2,、第二階段：實(shí)現(xiàn)復(fù)合數(shù)字孿生的互聯(lián)與數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)

復(fù)合數(shù)字孿生是基于內(nèi)部離散數(shù)字孿生和外部數(shù)據(jù)資源復(fù)合而成的數(shù)字孿生體，如一條產(chǎn)線,，一個(gè)端到端的服務(wù)線。數(shù)字孿生的復(fù)合過(guò)程不是簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)互通,，包括基于 歷史 數(shù)據(jù)的機(jī)器學(xué)習(xí)和模型訓(xùn)練,、基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的模型實(shí)時(shí)運(yùn)行和監(jiān)測(cè)。所以復(fù)合數(shù)字孿生的能力是需要通過(guò)一個(gè)包括AI和大數(shù)據(jù)能力在內(nèi)的物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)的,。符合數(shù)字孿生一般通過(guò)企業(yè)個(gè)性化定制實(shí)現(xiàn),。

3,、第三階段：實(shí)現(xiàn)企業(yè)數(shù)字孿生的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)與持續(xù)智能

企業(yè)數(shù)字孿生（DTO）重點(diǎn)是面向企業(yè)全流程，通過(guò)數(shù)據(jù)孿生監(jiān)測(cè)和驅(qū)動(dòng)的業(yè)務(wù)運(yùn)行,，形成一種可以持續(xù)自動(dòng)采集,、自動(dòng)分析、自主執(zhí)行,、自主決策的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)閉環(huán),。在2020年的戰(zhàn)略技術(shù)趨勢(shì)預(yù)測(cè)中，Gartner提出了一個(gè)“持續(xù)智能”的新概念剛好可以解釋企業(yè)數(shù)字孿生的價(jià)值,。持續(xù)智能指的是基于數(shù)字化在線平臺(tái)實(shí)時(shí)獲取數(shù)據(jù)流,，實(shí)時(shí)進(jìn)行情景分析并給出響應(yīng)方案，實(shí)現(xiàn)決策與運(yùn)營(yíng)的一體化,。企業(yè)數(shù)字孿生的的建設(shè)是一個(gè)系統(tǒng)工程,，基本的建設(shè)內(nèi)容包括全價(jià)值鏈的數(shù)據(jù)獲取、模型構(gòu)建,、數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)及支持持續(xù)智能的數(shù)據(jù)與分析平臺(tái)建設(shè),。這種需求很多企業(yè)都是存在的，不過(guò)大多數(shù)企業(yè)因?yàn)椴涣私馄髽I(yè)數(shù)字孿生的概念,，可能將這個(gè)項(xiàng)目簡(jiǎn)單等同于大數(shù)據(jù)中心,。

4、第四階段：實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生的生態(tài)服務(wù)與價(jià)值共生

將產(chǎn)業(yè)上下游的數(shù)字孿生組織集合起來(lái),，就成為以鏈主為核心的產(chǎn)業(yè)數(shù)字孿生,，如 汽車(chē) 制造商上下游數(shù)字孿生體集合起來(lái)就可以構(gòu)成一個(gè)包括消費(fèi)者、供應(yīng)商,、4S店及 社會(huì) 服務(wù)資源在內(nèi)的 汽車(chē) 產(chǎn)業(yè)數(shù)字孿生,。產(chǎn)業(yè)數(shù)字孿生將改變傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)協(xié)同關(guān)系，衍生出全新的基于數(shù)據(jù)和智能的生他服務(wù)和價(jià)值共生模式,。個(gè)性化訂制,、網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同比較終將體現(xiàn)在客戶(hù)參與數(shù)字孿生、生態(tài)伙伴共享產(chǎn)業(yè)數(shù)字孿生的價(jià)值,。

數(shù)字孿生的創(chuàng)新策略：模型驅(qū)動(dòng),、架構(gòu)引領(lǐng)， 探索 中前進(jìn)

從離散數(shù)字孿生,，復(fù)合數(shù)字孿生到企業(yè)數(shù)字孿生,、生態(tài)數(shù)字孿生，數(shù)字孿生在企業(yè)的應(yīng)用深度不斷加深,、實(shí)施的復(fù)雜性和應(yīng)用的難度也會(huì)逐級(jí)加大,。在實(shí)施的過(guò)程中必然面臨不確定的風(fēng)險(xiǎn)，在行業(yè)內(nèi)實(shí)際還缺少行之有效的數(shù)字孿生實(shí)施方法,。

在復(fù)雜系統(tǒng)工程領(lǐng)域,，有基于模型的系統(tǒng)工程方法（iMBSE）對(duì)產(chǎn)品定義,、領(lǐng)域建模與仿真給出了方法論指導(dǎo)；

在虛實(shí)融合的數(shù)字化方法論層面,，德國(guó)工業(yè)4.0參考架構(gòu),、中美工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考架構(gòu)也已經(jīng)發(fā)表了發(fā)表了相關(guān)的架構(gòu)框架。

但是在企業(yè)數(shù)字孿生領(lǐng)域,，在面向企業(yè)運(yùn)營(yíng)和流程優(yōu)化領(lǐng)域,，原有的BPM（業(yè)務(wù)流程管理）的方法論已經(jīng)不能支持模型驅(qū)動(dòng)、虛實(shí)融合的數(shù)字化業(yè)務(wù)模式和運(yùn)營(yíng)模式創(chuàng)新需求,，企業(yè)需要新的業(yè)務(wù)和運(yùn)用模式優(yōu)化方法論,。

作者：金蝶軟件（中國(guó)）有限公司

組稿：李艾離

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