數(shù)字孿生體是描述物理世界和數(shù)字空間的定義管理體系，它即是一種技術(shù)，也是一種新范式。自2010年宣布問世至今，受到了廣泛的關(guān)注。工業(yè)4.0研究所2015年啟動對數(shù)字孿生體的科學(xué)研究，至今獲得了豐厚的成效。
以往五年期內(nèi)，工業(yè)4.0研究所陸續(xù)完成了《數(shù)字孿生體發(fā)展史》、《數(shù)字孿生關(guān)鍵技術(shù)》、《數(shù)字孿生體演進》和《數(shù)字孿生體標準》等主題科學(xué)研究，建立了系統(tǒng)軟件的知識結(jié)構(gòu)，并明確提出了著名的三大派系（仿真派、連接派和數(shù)據(jù)派）判定。
在這個基礎(chǔ)上，工業(yè)4.0研究所進一步設(shè)計了數(shù)字孿生體三大基礎(chǔ)策略，即根據(jù)模擬仿真的數(shù)字工程項目、物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺和數(shù)據(jù)驅(qū)動等策略。
文中緊緊圍繞三大基本策略，剖析數(shù)字孿生體發(fā)展的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，便于數(shù)字孿生體同盟的公司依據(jù)自身需要推動數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)展。
一、基于模擬仿真的數(shù)字工程項目策略
2003年1月，NSF組織了來源于密歇根大學(xué)、加州理工學(xué)院、伯克利、斯坦福大學(xué)、IBM等機構(gòu)，編寫了名為《通過信息基礎(chǔ)設(shè)施變革科學(xué)和工程》的報告。
NSF接著在2003年、2004年組織了進一步的討論，最后在2006年5月，公布了《基于仿真的工程科學(xué)：通過仿真變革工程科學(xué)》。
工業(yè)4.0研究所《數(shù)字孿生體發(fā)展史》課題研究顯示，NSF在2006年公布的匯報，顯示美國推動新工程項目課程的信心，這為2010年NASA和國防部明確提出數(shù)字孿生體定義管理體系確立了科學(xué)研究基礎(chǔ)。
因為NASA和美國國防部明確提出數(shù)字孿生體相距時間較為短，大家覺得他們相互明確提出了數(shù)字孿生體定義管理體系。盡管其他專家學(xué)者宣稱最開始提出該定義，但沒有一切書面形式直接證據(jù)，或是壓根沒有明確提出“數(shù)字孿生體”這一語匯，大多數(shù)是其它叫法，比如，MichaelGrieves提出的鏡像空間實體模型。
接著，美國國防部對數(shù)字孿生體表現(xiàn)了超乎尋常的好感，不但激勵各種經(jīng)銷商再次做有關(guān)工程項目認證和科學(xué)研究，并且融合到數(shù)字工程項目發(fā)展戰(zhàn)略，開始設(shè)計“數(shù)字孿生體范式”。
2012年，分別來源于NASA和USAF的E.H.Glaessgen和D.S.Stargel報名參加“第53屆構(gòu)造、結(jié)構(gòu)動力學(xué)和原材料交流會”，做了“數(shù)字孿生體范式”的講話，強調(diào)數(shù)字孿生體受NSF提出SBES的影響。
實際上，基于模擬仿真的數(shù)字工程項目開始變成復(fù)雜系統(tǒng)基本建設(shè)的標準配置，并慢慢用數(shù)字孿生體展開描述。
航天航空、轎車和石油化工設(shè)備等高使用價值行業(yè)有很大項目投資沖動運用新技術(shù)應(yīng)用，數(shù)字孿生技術(shù)跟他們的要求匹配度高，這種公司一般早就運用了CAx，轉(zhuǎn)為數(shù)字孿生體就變成名正言順的事情。
運用基于模擬仿真的數(shù)字工程項目，在設(shè)計產(chǎn)品和生產(chǎn)制造現(xiàn)場互動上形成較好效果，一般反映為商品數(shù)據(jù)庫管理或商品生命期管理方法，經(jīng)銷商為了得到 大量收益，通常會推薦其模擬仿真作用。
工業(yè)領(lǐng)域的模擬仿真作用牽涉到基礎(chǔ)學(xué)科知識，比如物理、有機化學(xué)或分子生物學(xué)等，這給公司帶來極大的成本，除非是公司產(chǎn)品盈利非常高，一般沒有必要選用基于模擬仿真的數(shù)字工程項目策略，他們還有物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺策略和數(shù)據(jù)驅(qū)動策略能夠運用。
二、物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺策略
2011年左右，世界各個國家陸續(xù)推動了我國智能制造發(fā)展戰(zhàn)略，德國發(fā)布工業(yè)4.0，美國設(shè)計智能制造方案，日本明確提出智能機器人改革等，中國那時候主打兩化融合。德國工業(yè)4.0以信息物理系統(tǒng)為關(guān)鍵技術(shù)，美國智能制造主要緊緊圍繞數(shù)字生產(chǎn)制造來推動，日本加強自動化技術(shù)及機器人技術(shù)，中國明確提出了兩化融合測評體系。
此外，美國通用電氣期待運用互聯(lián)網(wǎng)更新改造工業(yè)念頭衍化出去的“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”，它在2014年創(chuàng)立了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟，這個機構(gòu)顯而易見歸屬于民間行為，不代表美國政府部門，美國商務(wù)部下屬NIST推動的智能制造才具備象征性。
美國通用電氣的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)定義管理體系來源于物聯(lián)網(wǎng)，而物聯(lián)網(wǎng)當時早已形成了10多年，美國通用電氣判斷物聯(lián)網(wǎng)能夠為數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)展出示技術(shù)性支撐，將建立生產(chǎn)制造方式和運營模式的轉(zhuǎn)變。
2015年，美國幾個著名咨詢管理公司發(fā)覺美國通用電氣選用數(shù)字孿生體來搭建工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)管理體系，便于跟工業(yè)自動化技術(shù)管理體系結(jié)合起來，因此競相公布預(yù)測分析報告，把數(shù)字孿生體稱作未來的技術(shù)。比如，Gartner、IDC等IT咨詢管理公司公布了好幾份報告，直接促進了數(shù)字孿生體浪潮。
美國IT咨詢公司跟IT公司之間的相互配合十分默契，當Gartner和IDC等咨詢管理公司公布匯報時，IBM、Oracle、微軟和Ansys等IT公司對外公布，“我們也有數(shù)字孿生體解決方法了”。
因為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)跟我國“互聯(lián)網(wǎng)+”定義貼近，跟我國加工制造業(yè)大國影響力匹配度高，我國追蹤兩年后，快速引入該定義，并依據(jù)中國的國情做了很多科學(xué)研究，建立了我國的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)管理體系。2016年，信通院公布了《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)1.0》，公布互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)信息和安全性三大功能管理體系。
伴隨著很多公司干預(yù)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)運用，云服務(wù)方式相對比較完善，對應(yīng)回來就變成工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺，因而，“服務(wù)平臺”逐漸變成工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)管理體系構(gòu)架中的一種關(guān)鍵元素，逐漸取代了不適合落地的“數(shù)據(jù)信息”功能管理體系，最后變成《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)2.0》，2020年4月23日，信通院公布了該匯報。在匯報中，數(shù)字孿生體變成了數(shù)據(jù)信息功能完成的“重要支撐點”。
到此，數(shù)字孿生體連接派的思想體系已經(jīng)成形，選用該管理體系構(gòu)架的公司一般挑選“物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺策略”，把物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)平臺放進價值創(chuàng)造關(guān)鍵影響力。必須強調(diào)的是，物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺策略對是不是選用模擬仿真沒有規(guī)定，這需要公司依據(jù)本身狀況挑選，實際上，絕大多數(shù)公司并不需要模擬仿真級別的數(shù)據(jù)信息展現(xiàn)，他們大多數(shù)需要有一個漂亮的幾何模型就可以了。
三、數(shù)據(jù)驅(qū)動策略
數(shù)字孿生體做為物理世界和數(shù)字空間結(jié)合的工程項目定義和管理體系，具備極強的實用性，工業(yè)4.0研究所于2016年率先稱作"通用目的技術(shù)"，并論述：除了在加工制造業(yè)具備使用價值，數(shù)字孿生體在電力能源、工程建筑、大城市、農(nóng)牧業(yè)和國防安全等領(lǐng)域具備無法想象的使用價值。
以生產(chǎn)加工為核心內(nèi)容的工業(yè)，基于物理、有機化學(xué)、分子生物學(xué)等多課程建模仿真是前提條件，它是數(shù)字孿生體形成之初的關(guān)鍵需求，之后伴隨著物聯(lián)網(wǎng)感知建立數(shù)字化，更改了價值創(chuàng)造點。在物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上，可完成遠程控制數(shù)據(jù)可視化和一定的預(yù)測剖析，成為物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺方式。
針對非加工制造業(yè)的電力能源、工程建筑、大城市、農(nóng)牧業(yè)等領(lǐng)域，模擬仿真并不是剛性需求，或是由于成本費太高而變成不必要的功能，這種應(yīng)用領(lǐng)域的根本需求是運用數(shù)字孿生體，創(chuàng)建一套“數(shù)據(jù)驅(qū)動”的數(shù)字工程項目。這跟傳統(tǒng)式的消費互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)不一樣，制造行業(yè)權(quán)威專家一般用“工業(yè)數(shù)據(jù)信息”來敘述。
20世紀80年代興起了“工業(yè)數(shù)據(jù)信息”改革，它是工業(yè)領(lǐng)域數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)展新形態(tài)。美國商務(wù)部下屬NIST生物學(xué)家SharonJ.Kemmerer在1999年公布的《STEP：偉大體驗》，詳細說明了那時候建立的工業(yè)數(shù)據(jù)標準演變故事。
創(chuàng)作者在書里專門辟出一個章節(jié)目錄剖析了“數(shù)據(jù)信息共享”和“數(shù)據(jù)傳輸”之間的區(qū)別。她覺得STEP和ISO10303很好的解決了數(shù)據(jù)傳輸難題，由于其目的便是為了確保各類產(chǎn)品設(shè)計實體模型之間能夠完成導(dǎo)入導(dǎo)出。
美國商務(wù)部覺得，它是工業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)展的困擾，因而花銷了很多資源來推動該工作。比照那時候處在美日貿(mào)易戰(zhàn)之爭中的日本加工制造業(yè)，它已經(jīng)“好高騖遠”推動“智能制造系統(tǒng)軟件”。
時任NIST生物學(xué)家Kemmerer報名參加了日本進行的IMS產(chǎn)品研發(fā)方案，她顯然心照不宣，連數(shù)據(jù)傳輸也沒有做到，搞智能制造系統(tǒng)軟件不具有可行性分析?？陀^事實也證明了這一結(jié)果，2010年，日本撤出親自建立的IMS同盟，宣布日本數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)展之失敗。
美國循規(guī)蹈矩，遵照科學(xué)研究規(guī)律性，安安穩(wěn)穩(wěn)推動工業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)展，把重點放到數(shù)據(jù)傳輸問題解決上，協(xié)同需求大戶波音公司（波音767和777）和美國國防部（洛克馬丁F-22戰(zhàn)機），解決他們推動數(shù)字工程項目中碰到的數(shù)據(jù)傳輸難題。NIST坦誠，STEP方案只解決了數(shù)據(jù)傳輸難題，數(shù)據(jù)共享難題還無法解決。
據(jù)工業(yè)4.0研究所最新跟進，現(xiàn)階段NIST開設(shè)“數(shù)據(jù)和電子信息科學(xué)辦公室”，正在處理物理學(xué)、分子生物學(xué)、有機化學(xué)和材料科學(xué)中的數(shù)據(jù)分析科學(xué)挑戰(zhàn)，這跟互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)所說的互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)分析科學(xué)有天壤之別。
選用數(shù)據(jù)驅(qū)動策略的公司，遵從的剖析架構(gòu)不同，價值創(chuàng)造方法自然也不同，就像NIST所說，在工業(yè)及其他領(lǐng)域，人工智能和互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)改變了傳統(tǒng)式工程項目科學(xué)工作方式。
四、結(jié)語
基于模擬仿真的數(shù)字化工程項目、物聯(lián)網(wǎng)平臺和數(shù)據(jù)驅(qū)動三大基礎(chǔ)策略各有其用，公司不用為了某些時髦隨便改變自己的核心策略，因為不同領(lǐng)域會對數(shù)字孿生體關(guān)鍵技術(shù)和解決方法提出要求。具備創(chuàng)新意識的創(chuàng)業(yè)者，敢于突破邏輯思維限制，順應(yīng)時代需要，成為中國數(shù)字孿生自主創(chuàng)新的突破性力量。