由于數(shù)字孿生應(yīng)用場(chǎng)景和領(lǐng)域的廣泛，所牽涉到的技術(shù)也多樣化，實(shí)現(xiàn)的方式也有很大的差異性，不少的文章從不同的角度去討論，觀點(diǎn)紛紜，仁者見仁，智者見智；還有一些文章高瞻遠(yuǎn)矚，預(yù)見了美好前景，卻免不了讓人有一種高不可及的感覺。因而，對(duì)于如何把數(shù)字孿生在行業(yè)的具體場(chǎng)景付之于實(shí)踐落地，不少的從業(yè)者都免不了有一種無(wú)所適從的感覺，不知從何處著手，能達(dá)到哪些效果。

2021年12月8日，優(yōu)也首席技術(shù)官林詩(shī)萬(wàn)博士發(fā)表了題為“數(shù)字孿生在數(shù)字化生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)中的一些思考和觀察”的演講，重點(diǎn)從生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景落地的角度，對(duì)如何把數(shù)字孿生這一個(gè)概念和相應(yīng)技術(shù)利用起來(lái)，用于解決數(shù)字化生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)管理的問(wèn)題，進(jìn)行一些探討。

林博士是業(yè)界公認(rèn)的在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和數(shù)字孿生領(lǐng)域的大咖，其高深的學(xué)識(shí)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃季S，本次演講的核心觀點(diǎn)：在目前這一輪的數(shù)字化發(fā)展中，不管是在產(chǎn)品與工藝設(shè)計(jì)、還是在生產(chǎn)過(guò)程中，關(guān)注的重點(diǎn)就是如何利用來(lái)自于物理世界的數(shù)據(jù)幫助我們對(duì)實(shí)況做出精準(zhǔn)的判定，智能化的決策，及時(shí)的執(zhí)行。簡(jiǎn)單地說(shuō)，數(shù)字孿生就是物理實(shí)體的數(shù)字化虛擬復(fù)制，以計(jì)算解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。

數(shù)字孿生作為一種方法論，一種框架性技術(shù)體系，甚至是一種面向生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)環(huán)境數(shù)字化架構(gòu)的中間件，不是一種一蹴而就的神奇技術(shù)，不是一劑一吃見效的靈丹妙藥。

數(shù)字孿生的有效性取決于設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程的復(fù)雜度，進(jìn)行模式判定、狀態(tài)預(yù)測(cè)或優(yōu)化策略計(jì)算的難度，以及用于計(jì)算的，從現(xiàn)場(chǎng)采集的傳感數(shù)據(jù)的完備性和準(zhǔn)確性。

我們不應(yīng)該把數(shù)字孿生當(dāng)作一種點(diǎn)金技術(shù)，期望數(shù)字孿生可以一步到位解決高難問(wèn)題。這是一種不切合實(shí)際的期望。數(shù)字化技術(shù)其核心是軟件，在本質(zhì)上就是一種持續(xù)改善的技術(shù)。不持續(xù)迭代提升的軟件是沒有生命力的。

企業(yè)需要與解決方案供應(yīng)商維持長(zhǎng)久的合作關(guān)系，提供相應(yīng)的投入支持軟件應(yīng)用的維護(hù)和提升，為所建立的數(shù)字化解決方案留長(zhǎng)遠(yuǎn)一點(diǎn)的生路，有生長(zhǎng)成熟的機(jī)會(huì)，避免一錘子買賣。同時(shí)，企業(yè)也可以多考慮采用第三方供應(yīng)商的產(chǎn)品，避免無(wú)必要的自建項(xiàng)目，這樣可以借力供應(yīng)商產(chǎn)品在前面提到過(guò)空間重用復(fù)用的積累提升成果。

 

林詩(shī)萬(wàn)博士，美國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟（IIC）技術(shù)工作組、架構(gòu)工作組與數(shù)字孿生互操作組聯(lián)席主席，優(yōu)也首席技術(shù)官

以下是演講實(shí)錄：

今天有幸和大家一起交流，我希望籍此與大家一起就數(shù)字孿生在數(shù)字化生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)這個(gè)場(chǎng)景的應(yīng)用做一些探討，談?wù)勎业囊恍┧悸泛陀^察。

數(shù)字孿生這個(gè)概念以及在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，不管在學(xué)術(shù)界，還是在行業(yè)中已經(jīng)有了不少的介紹和探討，有些還比較深入和豐富。甚至有一些文章把全球各種數(shù)字孿生的定義也做了詳盡的列表分析對(duì)比。

由于數(shù)字孿生應(yīng)用場(chǎng)景和領(lǐng)域的廣泛，所牽涉到的技術(shù)也多樣化，實(shí)現(xiàn)的方式也有很大的差異性，不少的文章從不同的角度去討論，觀點(diǎn)紛紜，仁者見仁，智者見智；還有一些文章高瞻遠(yuǎn)矚，預(yù)見了美好前景，卻免不了讓人有一種高不可及的感覺。因而，對(duì)于如何把數(shù)字孿生在行業(yè)的具體場(chǎng)景付之于實(shí)踐落地，不少的從業(yè)者都免不了有一種無(wú)所適從的感覺，不知從何處著手，能達(dá)到哪些效果。

比如，提到某某飛機(jī)引擎公司將在2022年開始對(duì)客戶交付引擎的數(shù)字孿生，能夠采集成千上萬(wàn)條數(shù)據(jù)，并對(duì)飛行數(shù)據(jù)提供豐富深入的數(shù)據(jù)分析等，對(duì)于行業(yè)內(nèi)成千上萬(wàn)不是高端裝備供應(yīng)商的企業(yè)來(lái)講，對(duì)于數(shù)字孿生如何幫助他們?cè)谏a(chǎn)環(huán)境提升數(shù)字化生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)管理的能力，幫助甚少，或許只能產(chǎn)生一種望梅止渴的效果，或更壞的，產(chǎn)生一種望而生畏的感覺。

今天在這短短的幾十分鐘，我想盡量避免“畫大餅”，講高大上的東西。我希望能夠從生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景落地的角度，對(duì)如何把數(shù)字孿生這一個(gè)概念和相應(yīng)技術(shù)利用起來(lái)，用于解決數(shù)字化生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)管理的問(wèn)題，進(jìn)行一些探討。相信在座的各位大多來(lái)自于自動(dòng)化的專業(yè)，有比較強(qiáng)的技術(shù)背景，那么，我這次的討論就稍微偏重技術(shù)性一些。

數(shù)字孿生的概念和所追求的目的

在2019年年初，我在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)峰會(huì)這樣一個(gè)全國(guó)性的大會(huì)中對(duì)數(shù)字孿生這個(gè)主題作了一些介紹。當(dāng)時(shí)對(duì)關(guān)于數(shù)字孿生是什么，做什么用，為了什么目的做了一個(gè)簡(jiǎn)要的探討，并提出數(shù)字孿生是工業(yè)數(shù)字化的一種思路、方法論，是一種技術(shù)體系和技術(shù)能力。這些概念和思路，經(jīng)過(guò)這兩年多的實(shí)踐，感覺還是基本符合實(shí)際的。但是，對(duì)于如何實(shí)施和應(yīng)用，有了一些新的體驗(yàn)和思考。（此文鏈接林詩(shī)萬(wàn) | 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái) + 數(shù)字孿生體技術(shù)：工業(yè)智能APP的新架構(gòu)）

首先，讓我們回到數(shù)字化生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)的這個(gè)層次。制造業(yè)企業(yè)經(jīng)過(guò)二十多年的信息化發(fā)展，在產(chǎn)品和工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中采用了各式設(shè)計(jì)軟件，各種的CAD；在生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)方面也采用了各種軟件對(duì)不同領(lǐng)域的業(yè)務(wù)流程實(shí)現(xiàn)了信息化管理，取代原有的口頭傳達(dá)、手工輸入、紙質(zhì)記錄的作業(yè)模式，在原有的自動(dòng)化生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)管理流程的自動(dòng)化。但是，這些工業(yè)軟件的大部分要么是用于管理業(yè)務(wù)流程，要么關(guān)注在正常的狀況下如何計(jì)劃和實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)。

在生產(chǎn)過(guò)程中，要充分利用生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的大量設(shè)備數(shù)據(jù)，借數(shù)字化之力，進(jìn)一步降低設(shè)備的故障率、提高整體設(shè)備效率、提升產(chǎn)品質(zhì)量、降低能耗和物耗、保障生產(chǎn)過(guò)程的合規(guī)性等方面，還有大量的工作需要做。

同時(shí)，我們不能只孤立地關(guān)注單臺(tái)設(shè)備，更需要打通生產(chǎn)工序上下游多設(shè)備的高效協(xié)同運(yùn)行；另外，我們也需要把精益管理的原則和方法融入數(shù)字化生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)管理中，追求生產(chǎn)過(guò)程的標(biāo)準(zhǔn)化、穩(wěn)定性和持續(xù)改善。

在這些方面，我們都有很大的機(jī)會(huì)空間。比如，生產(chǎn)計(jì)劃一般只能按正常穩(wěn)定的條件制定，而實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程免不了會(huì)出現(xiàn)各種異常和波動(dòng)，對(duì)于生產(chǎn)異常判定、根因分析以及應(yīng)對(duì)策略大多還是依賴于操作經(jīng)驗(yàn)，靠手工作業(yè)完成，還沒有很好地利用生產(chǎn)環(huán)境中的數(shù)據(jù)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)況，做出精準(zhǔn)的判定，智能化的決策，及時(shí)的執(zhí)行。

在目前這一輪的數(shù)字化發(fā)展中，不管是在產(chǎn)品與工藝設(shè)計(jì)、還是在生產(chǎn)過(guò)程中，關(guān)注的重點(diǎn)就是如何利用來(lái)自于物理世界的數(shù)據(jù)幫助我們對(duì)實(shí)況做出精準(zhǔn)的判定，智能化的決策，及時(shí)的執(zhí)行。

數(shù)字化的手段就是利用計(jì)算機(jī)去完成以往由人來(lái)做的邏輯處理和計(jì)算，雖然計(jì)算機(jī)硬件是計(jì)算的基礎(chǔ)，但是，計(jì)算機(jī)軟件卻是我們當(dāng)前解決具體問(wèn)題的核心。如果我們要利用計(jì)算機(jī)對(duì)物理世界的實(shí)況做出精準(zhǔn)的判定，智能化的決策，那么我們就需要在計(jì)算機(jī)（也就是虛擬世界或數(shù)字空間）表征物理世界的狀況。任何物理實(shí)體的狀態(tài)變了，需要及時(shí)地在計(jì)算機(jī)里得到反映。這就是在數(shù)字孿生的定義中經(jīng)常看到的這個(gè)‘映射’的概念。簡(jiǎn)單地說(shuō)，數(shù)字孿生就是物理實(shí)體的數(shù)字化虛擬復(fù)制，以計(jì)算解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。

數(shù)字孿生作為一種方法論

作為基本概念，數(shù)字孿生的核心是利用傳感數(shù)據(jù)和計(jì)算，實(shí)現(xiàn)對(duì)物理實(shí)體的深度認(rèn)知和智能決策，有效地控制和管理這些物理實(shí)體，更好地服務(wù)于人類。作為技術(shù)概念，數(shù)字孿生是在計(jì)算機(jī)中，對(duì)物理實(shí)體實(shí)現(xiàn)映射，屬于計(jì)算機(jī)工程的問(wèn)題，屬于軟件工程的范疇，要對(duì)物理實(shí)體進(jìn)行映射，要對(duì)它的狀態(tài)進(jìn)行模式判定，根因分析，狀態(tài)預(yù)測(cè)等計(jì)算，可以有多種實(shí)現(xiàn)方法。對(duì)于在座熟悉軟件開發(fā)以及計(jì)算機(jī)編程的發(fā)展過(guò)程的同事，我想用下面這樣一個(gè)類比。

在計(jì)算機(jī)發(fā)展的初期，我們只有匯編語(yǔ)言，幾乎就是用計(jì)算機(jī)處理器的機(jī)器語(yǔ)言去編程，是一長(zhǎng)串的指令，沒有什么結(jié)構(gòu)，費(fèi)腦費(fèi)力費(fèi)時(shí)，容易出錯(cuò)，排查困難，談不上重用復(fù)用。

后來(lái)出現(xiàn)了高級(jí)語(yǔ)言，如Fortran和C語(yǔ)言。這一代的編程語(yǔ)言，引入了邏輯和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并能夠?qū)Υa進(jìn)行按任務(wù)以函數(shù)的方式進(jìn)行組織，對(duì)于一段代碼定義輸入和輸出參數(shù)，按函數(shù)設(shè)定的邏輯進(jìn)行計(jì)算，完成一定的計(jì)算任務(wù)。整個(gè)程序由一系列函數(shù)的依次調(diào)用以實(shí)現(xiàn)其計(jì)算目的。由于函數(shù)作為一個(gè)代碼單元可以多處調(diào)用，也就實(shí)現(xiàn)了代碼的重用復(fù)用。但是，這些屬于過(guò)程編程范式的編程語(yǔ)言，對(duì)于大型程序系統(tǒng)需要分解出來(lái)的函數(shù)繁多，調(diào)用關(guān)系復(fù)雜，設(shè)計(jì)、開發(fā)和維護(hù)的難度會(huì)變得非常高，重用復(fù)用困難，軟件開發(fā)和維護(hù)的成本也因而變得非常高昂。

后來(lái)出現(xiàn)的面向?qū)ο蟮木幊谭妒剑∣bject-Oriented Programming - OOP），如最早的Smalltalk，后來(lái)廣泛使用的C++和Java，引入了對(duì)象的概念。以對(duì)象的形式與現(xiàn)實(shí)生活的‘物體’或‘邏輯體’相對(duì)應(yīng)，如汽車，用戶，或銀行的賬號(hào)等作為邏輯對(duì)象加以表征，把其特征數(shù)據(jù)（屬性）和操作邏輯（行為）分別作為數(shù)據(jù)和函數(shù)封裝在對(duì)象體中。這種方式使得軟件的設(shè)計(jì)更符合人在現(xiàn)實(shí)生活中的思維方式，不僅使得設(shè)計(jì)變得更結(jié)構(gòu)化，同時(shí)也增強(qiáng)了軟件的重用復(fù)用性和可維護(hù)性，提高了軟件質(zhì)量，降低了軟件開發(fā)成本。這編程范式在90年代開始在應(yīng)用開發(fā)領(lǐng)域廣泛采用，目前大部分大型復(fù)雜軟件系統(tǒng)大多都是用這個(gè)編程范式設(shè)計(jì)和開發(fā)。面向?qū)ο蟮木幊谭妒脚c后來(lái)的面向服務(wù)架構(gòu)（Service-Oriented Architecture – SOA）一起對(duì)近二十年來(lái)軟件的發(fā)展和廣泛應(yīng)用起了非常重要的作用。

顯然，數(shù)字孿生在工業(yè)應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)會(huì)有多種路徑和方法，就像編程一樣，可以簡(jiǎn)單直接地實(shí)現(xiàn)，就像當(dāng)年用流程編程語(yǔ)言一樣，把數(shù)據(jù)，算法和業(yè)務(wù)邏輯都以一連串復(fù)雜函數(shù)調(diào)用的流程加以實(shí)現(xiàn)，同樣會(huì)遇到調(diào)用關(guān)系復(fù)雜，重用復(fù)用困難的問(wèn)題。

數(shù)字孿生的設(shè)計(jì)可以把面向?qū)ο缶幊谭妒酵茝V到了物理世界的實(shí)體，在軟件中以對(duì)象的方式表征物理實(shí)體，對(duì)每一個(gè)物理實(shí)體建立相應(yīng)的軟件對(duì)象，也就是數(shù)字孿生。在數(shù)字孿生中以數(shù)據(jù)表征物理實(shí)體的屬性及狀態(tài)，以算法模型模擬其行為。除此以外，對(duì)象化的設(shè)計(jì)方式可以支持利用單元對(duì)象以搭積木的方式構(gòu)建越來(lái)越復(fù)雜的系統(tǒng)，從組件數(shù)孿體開始，構(gòu)建設(shè)備、機(jī)組、產(chǎn)線、車間，以至整個(gè)工廠的數(shù)字孿生體，成為整個(gè)工廠的數(shù)字表征。

以這種方式構(gòu)建數(shù)字孿生，結(jié)構(gòu)性地反映物理實(shí)體的屬性、狀態(tài)與行為，屏蔽了現(xiàn)場(chǎng)的復(fù)雜性，簡(jiǎn)化數(shù)字化工業(yè)應(yīng)用的構(gòu)建，后面我們會(huì)談到，也促進(jìn)工業(yè)知識(shí)與數(shù)字化技術(shù)的融合，沉淀、積累和提升，分享復(fù)用。

因此，作為方法論，面向?qū)ο缶幊谭妒娇梢詾閿?shù)字孿生的設(shè)計(jì)所借鑒和引用。這就是為什么我在兩年多前提出數(shù)字孿生，首先是一種方法論的觀點(diǎn)。

三維仿真數(shù)據(jù)展示不等同于數(shù)字孿生

在行業(yè)中經(jīng)常遇到一種理解，提到數(shù)字孿生就直接聯(lián)想到三維仿真展示，特別是三維仿真的背景中展示一些數(shù)據(jù)，就認(rèn)為是數(shù)字孿生。這種理解是片面的。數(shù)字孿生的核心在于對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行近乎實(shí)時(shí)的計(jì)算，以獲得對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)工況的精準(zhǔn)的認(rèn)知，以便做出符合事件的決策。其核心是數(shù)據(jù)和計(jì)算。三維仿真展示雖然也是一種映射，但是只是三維空間的映射，其結(jié)果是讓數(shù)據(jù)、狀態(tài)或事件的展示和系統(tǒng)的瀏覽很直觀，特別是以大屏的方式展示，給參觀者一種很酷炫的感覺。但是，它畢竟是一種人機(jī)界面的表達(dá)方式，其中所展示的數(shù)據(jù)、狀態(tài)或事件必須從數(shù)字孿生的數(shù)據(jù)和算法模型中獲得，沒有數(shù)字孿生的數(shù)據(jù)和算法的支持，這些展示沒有太大的意義。

從另外一個(gè)角度來(lái)看，如果數(shù)字孿生的數(shù)據(jù)豐富，算法強(qiáng)大，相應(yīng)的工業(yè)APP也功能強(qiáng)大，大部分的生產(chǎn)運(yùn)維操作都能自動(dòng)解決，不需要人工干預(yù)，那么這些三維仿真展示的必要性就會(huì)被弱化了。就像我們現(xiàn)在用電飯鍋?zhàn)鲲?，沒有誰(shuí)還會(huì)去打開鍋蓋去看水燒干了沒有。雖然我們當(dāng)前在大多數(shù)場(chǎng)景還達(dá)不到這樣一個(gè)水平。但是，隨著時(shí)間的推延，技術(shù)的完善，我們會(huì)逐步走向這個(gè)目標(biāo)。

有時(shí)我們看到一些在三維仿真的模型中進(jìn)行虛擬設(shè)備巡檢，操作工不再需要到現(xiàn)場(chǎng)去巡檢。從另外一個(gè)方面來(lái)看，如果設(shè)備的數(shù)據(jù)都已經(jīng)采集上來(lái)，對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)也有算法去監(jiān)控，并得到相應(yīng)的報(bào)警、記錄和處理，這種虛擬巡檢的作用就不大了，或許除了滿足以往的一些流程的規(guī)定。

三維仿真作為數(shù)字孿生模型的一種，以物理實(shí)體的實(shí)際空間參數(shù)，以及空間的拓?fù)潢P(guān)系建立可視化模型， 特別是與AR結(jié)合，對(duì)于設(shè)計(jì)、設(shè)備拆裝和維修操作指導(dǎo)，運(yùn)動(dòng)設(shè)備作業(yè)事件重播等將繼續(xù)有獨(dú)特的作用。

傳統(tǒng)的模擬仿真模型不等同于數(shù)字孿生

在行業(yè)中的另外一種理解是把數(shù)字孿生與模擬仿真等同起來(lái)。模擬仿真是在計(jì)算機(jī)中建立模型復(fù)現(xiàn)物理系統(tǒng)中發(fā)生的本質(zhì)過(guò)程，并通過(guò)調(diào)整模型的輸入和控制參數(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)性計(jì)算，用于研究和評(píng)估存在的或設(shè)計(jì)中的系統(tǒng)特征和行為，尋找可行或最優(yōu)的設(shè)計(jì)，在制造業(yè)中的應(yīng)用廣泛。由于物理過(guò)程必須符合物理和化學(xué)定律，如物體的運(yùn)動(dòng)軌跡和速度、不同物體在空間的拓?fù)潢P(guān)系、液體介質(zhì)的流動(dòng)，固體的材料特性和熱力工程特征等等，都可以利用物理和化學(xué)方程進(jìn)行表征和計(jì)算。一般而言，實(shí)際系統(tǒng)建造成本高，所需的時(shí)間長(zhǎng)、有些試驗(yàn)需要很長(zhǎng)的時(shí)間或危險(xiǎn)性大，利用計(jì)算機(jī)仿真進(jìn)實(shí)驗(yàn)顯然是一種事半功倍的手段。

如果說(shuō)數(shù)字孿生是在計(jì)算機(jī)中建立的覆蓋產(chǎn)品或系統(tǒng)全生命周期的復(fù)制體，那么這些用于產(chǎn)品或系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的仿真模型顯然屬于數(shù)字孿生算法模型的一類。如果這些仿真模型能夠精準(zhǔn)地計(jì)算實(shí)際系統(tǒng)的特征和行為，的確可以成為數(shù)字孿生的主要計(jì)算模型，用于生產(chǎn)過(guò)程的計(jì)算。但是，由于實(shí)際系統(tǒng)一般都很復(fù)雜，并受當(dāng)前技術(shù)的局限，在建立這些模擬仿真模型的時(shí)候，大多都需要進(jìn)行很多簡(jiǎn)化，只關(guān)注關(guān)鍵的因素，忽略次要因素，或只模擬系統(tǒng)的某一些方面，可以滿足在設(shè)計(jì)過(guò)程中驗(yàn)證設(shè)計(jì)的結(jié)果是否符合一定的設(shè)計(jì)要求，比如安全生產(chǎn)的要求，而這些要求一般都有比較大的冗余范圍，但計(jì)算的精度不容易達(dá)到在生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)管和優(yōu)化的需求。

另外，大多用于設(shè)計(jì)過(guò)程的仿真模型軟件基于模擬的數(shù)據(jù)，批次性使用，并不與生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)連接，從計(jì)算性能上也不易支持持續(xù)性的流式計(jì)算，難以支撐數(shù)字孿生中對(duì)生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的管控和優(yōu)化。

綜合而言，模擬仿真是數(shù)字孿生的一個(gè)重要支撐技術(shù)，設(shè)計(jì)過(guò)程中的仿真模型是數(shù)字孿生算法模型的一個(gè)重要組成部分，但是不等同于數(shù)字孿生本身。數(shù)字孿生用于生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)過(guò)程管控和優(yōu)化的模型，一般而言，要么要對(duì)設(shè)計(jì)仿真模型進(jìn)行改造提升，要么利用機(jī)理模型或數(shù)字模型建立新的算法模型。

數(shù)字孿生作為一種技術(shù)框架體系

數(shù)字孿生對(duì)現(xiàn)實(shí)世界中的實(shí)體進(jìn)行映射，對(duì)其狀態(tài)進(jìn)行模式判定，根因分析，狀態(tài)預(yù)測(cè)等計(jì)算。從這個(gè)目的來(lái)看，一般不宜把數(shù)字孿生作為一個(gè)為用戶使用的終端的應(yīng)用，而是作為數(shù)字化工業(yè)應(yīng)用的一種支撐性的技術(shù)，甚至可以構(gòu)建為這些應(yīng)用架構(gòu)中的中間件。

數(shù)字孿生要映射生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備的狀態(tài)和行為，需要在軟件中建立相應(yīng)的鏡像對(duì)象。如果借鑒面向?qū)ο缶幊痰姆妒?，我們需要在?shù)字孿生中設(shè)定與設(shè)備對(duì)應(yīng)的參數(shù)，這些參數(shù)包括是屬性、狀態(tài)、指令等類型。在這個(gè)基礎(chǔ)上把這些參數(shù)與從設(shè)備采集的數(shù)據(jù)一一對(duì)應(yīng)連接，如果設(shè)備的某個(gè)運(yùn)行參數(shù)變化了，在相應(yīng)數(shù)字孿生體上也幾乎實(shí)時(shí)地得到反映。這是一個(gè)對(duì)設(shè)備數(shù)據(jù)梳理的過(guò)程，也是工業(yè)知識(shí)沉淀到軟件的過(guò)程。

在此之后，我們可以利用算法模型對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算，實(shí)現(xiàn)對(duì)物理實(shí)體的行為進(jìn)行映射。比如，對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行模式判定或預(yù)測(cè)，是否屬于運(yùn)行異常，是否符合工藝要求，是否符合能效要求等，如果判定了異常，對(duì)異常的根因分析，還有解決的策略，這些會(huì)用到機(jī)理模型和數(shù)據(jù)算法的模型。然而，數(shù)字孿生體的數(shù)據(jù)和算法并不是最終的解決方案。最終的解決方案必須把數(shù)字孿生體所映射的設(shè)備的運(yùn)行特征和行為作為輸入，結(jié)合生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)管理的業(yè)務(wù)邏輯和生產(chǎn)規(guī)則，特別是精益管理的原則和方法論，做出的適合的決策，并得以執(zhí)行。這些邏輯一般可用App的方式實(shí)現(xiàn)。

這就是數(shù)字孿生作為一種技術(shù)框架體系，作為數(shù)字化工業(yè)應(yīng)用架構(gòu)的中間件的意義：下啟物聯(lián)數(shù)據(jù)，連接現(xiàn)場(chǎng)，上承工業(yè)APP，輸送對(duì)現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)和行為的洞察認(rèn)知，支撐管控現(xiàn)場(chǎng)的決策。

數(shù)字孿生的特征作用

數(shù)字孿生系統(tǒng)性地在數(shù)字空間映射表征物理世界，其目的是使能復(fù)雜場(chǎng)景工業(yè)軟件的高效實(shí)現(xiàn)和持續(xù)改善。

在這一頁(yè)中，我列舉了不少數(shù)字孿生的特征作用供大家參考，其中的一些在前面我們都有不同程度的討論。在這里我想強(qiáng)調(diào)一下所謂的OT化和解耦式這兩點(diǎn)。

我們利用數(shù)字孿生的方法論，建立一種新的技術(shù)框架，在結(jié)構(gòu)上從OT的角度，以設(shè)備作為主體對(duì)象進(jìn)行建模，定義設(shè)備的特征數(shù)據(jù)，建立算法模型判定或預(yù)測(cè)行為，那么數(shù)字孿生可以相對(duì)容易地讓懂設(shè)備的專家定義設(shè)備的特征數(shù)據(jù)，讓懂設(shè)備運(yùn)行和生產(chǎn)工藝的專家與算法工程師合作建立算法模型，通過(guò)數(shù)字孿生的結(jié)構(gòu)融合在一起。以這種方法對(duì)各類設(shè)備建立數(shù)字孿生體，把數(shù)據(jù)定義和算法封裝成可以在多處以插件方式重用復(fù)用的軟件組件。而熟悉設(shè)備的設(shè)備供應(yīng)商或熟悉工藝過(guò)程的工業(yè)設(shè)計(jì)院所也可獨(dú)立構(gòu)建和提供某類設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程的數(shù)字孿生，并可以支持多個(gè)場(chǎng)景。

同時(shí)，數(shù)字孿生本身在軟件結(jié)構(gòu)與其它業(yè)務(wù)性的軟件組件（如生產(chǎn)規(guī)則或用戶界面）代碼解耦分離，當(dāng)數(shù)字孿生的算法迭代提升，比如提高了某種計(jì)算的準(zhǔn)確性，只是需要獨(dú)立更新數(shù)字孿生體，而不需要重新修改更改業(yè)務(wù)性的軟件代碼。

總而言之，利用數(shù)字孿生的方法論，有機(jī)會(huì)建造一種可以有效支持?jǐn)?shù)字化技術(shù)和工業(yè)知識(shí)的融合的技術(shù)框架，促進(jìn)工業(yè)知識(shí)的沉淀、積累與持續(xù)提升，推動(dòng)生態(tài)型工業(yè)知識(shí)的廣泛重用共享。

數(shù)字孿生所面臨的挑戰(zhàn)

要實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生的價(jià)值需要多種技術(shù)和知識(shí)的融合，特別是數(shù)字化技術(shù)（IT）和工業(yè)知識(shí)（OT）的融合。對(duì)于制造業(yè)企業(yè)來(lái)講，經(jīng)常遇到IT技術(shù)資源薄弱，OT知識(shí)積累單薄的窘境，要單獨(dú)利用數(shù)字孿生推進(jìn)數(shù)字化的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)管理一般會(huì)面臨很多障礙。由于工業(yè)系統(tǒng)的高度復(fù)雜度，生產(chǎn)環(huán)境工況的多樣化和多變性，工業(yè)知識(shí)積累的碎片化，要建立有效的數(shù)字孿生，需要行業(yè)性生態(tài)合作伙伴的共力，數(shù)字化技術(shù)供應(yīng)商，設(shè)備供應(yīng)商，工業(yè)知識(shí)供應(yīng)者（如工業(yè)研究院所和設(shè)計(jì)院所等）與作為甲方的企業(yè)一起來(lái)建設(shè)、改善技術(shù)和系統(tǒng)。

在這個(gè)過(guò)程中，在行業(yè)生態(tài)推進(jìn)數(shù)字孿生的重用復(fù)用尤為重要。作為使用數(shù)字孿生的目標(biāo)，利用軟件對(duì)設(shè)備和生產(chǎn)過(guò)程特征狀態(tài)和行為進(jìn)行深度和精準(zhǔn)的表征映射，在每一個(gè)企業(yè)的場(chǎng)景單獨(dú)構(gòu)建門檻居高，成本高昂，積累提升緩慢，事倍功半。如果能夠在行業(yè)內(nèi)建立相應(yīng)的數(shù)字孿生共享技術(shù)框架和價(jià)值交易機(jī)制，促進(jìn)數(shù)字孿生的重用復(fù)用，將降低啟用成本，加快其有效性、質(zhì)量和性能的提升，提高數(shù)字孿生應(yīng)用的性價(jià)比。

從更廣的范圍來(lái)說(shuō)，軟件可以說(shuō)是用出來(lái)的。一件軟件應(yīng)用，用戶多了，使用的場(chǎng)景多了，解決了的問(wèn)題多了，它的功能也會(huì)變得豐富和強(qiáng)大，穩(wěn)定性也會(huì)提高，這是通過(guò)重用復(fù)用積累的結(jié)果。這就是為什么第三方的軟件產(chǎn)品一般會(huì)比自研的好，這是空間（場(chǎng)景）和時(shí)間積累的差異性所導(dǎo)致的，特別是跨空間的重用復(fù)用的優(yōu)勢(shì)。所以，重用復(fù)用并不是僅僅對(duì)于軟件供應(yīng)商有利，對(duì)軟件的用戶也是有利的。

數(shù)字孿生并不是點(diǎn)金術(shù)，是持續(xù)改善的機(jī)會(huì)

數(shù)字孿生作為一種方法論，一種框架性技術(shù)體系，甚至是一種面向生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)環(huán)境數(shù)字化架構(gòu)的中間件，不是一種一蹴而就的神奇技術(shù)，不是一劑一吃見效的靈丹妙藥。數(shù)字孿生的有效性取決于設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程的復(fù)雜度，進(jìn)行模式判定、狀態(tài)預(yù)測(cè)或優(yōu)化策略計(jì)算的難度，以及用于計(jì)算的，從現(xiàn)場(chǎng)采集的傳感數(shù)據(jù)的完備性和準(zhǔn)確性。

正如人對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的認(rèn)知有一個(gè)持續(xù)學(xué)習(xí)不斷提升的過(guò)程，數(shù)字孿生對(duì)物理世界的把握程度也有一個(gè)不斷提升的過(guò)程，一個(gè)從粗糙到精細(xì)的過(guò)程。在實(shí)際應(yīng)用中，如果數(shù)字孿生的計(jì)算能夠比手工判定和操作有顯著的改善，采用數(shù)字孿生能夠帶來(lái)一定的價(jià)值，那么，采用這樣一個(gè)數(shù)字孿生就應(yīng)該是一個(gè)好的起點(diǎn)，有了一個(gè)不斷提升的機(jī)會(huì)。如果沒有這樣一個(gè)落地的基礎(chǔ)，就永遠(yuǎn)沒有改善提升的機(jī)會(huì)。就像一個(gè)小孩，從小就不上學(xué)，那就永遠(yuǎn)沒有機(jī)會(huì)成為一個(gè)有豐富知識(shí)的成人。

我們不應(yīng)該把數(shù)字孿生當(dāng)作一種點(diǎn)金技術(shù)，期望數(shù)字孿生可以一步到位解決高難問(wèn)題。這是一種不切合實(shí)際的期望。數(shù)字孿生的確能有效解決一些的問(wèn)題，但對(duì)于不少的問(wèn)題需要在落地后有一段時(shí)間根據(jù)使用反饋持續(xù)改善和提升。

數(shù)字化技術(shù)其核心是軟件，在本質(zhì)上就是一種持續(xù)改善的技術(shù)。不持續(xù)迭代提升的軟件是沒有生命力的。

目前不少的企業(yè)在構(gòu)建數(shù)字化應(yīng)用系統(tǒng)還是沿用了傳統(tǒng)的軟件項(xiàng)目型實(shí)施管理機(jī)制，屬于一次性的項(xiàng)目實(shí)施，解決方案供應(yīng)商中標(biāo)實(shí)施交付后，保用一年，之后一般沒有后續(xù)維護(hù)或更新的考慮或機(jī)會(huì)。下次推倒重來(lái)，這樣難以積累和提升。如果這樣去對(duì)待數(shù)字孿生，這種數(shù)字孿生是無(wú)生命力的。

企業(yè)需要與解決方案供應(yīng)商維持長(zhǎng)久的合作關(guān)系，提供相應(yīng)的投入支持軟件應(yīng)用的維護(hù)和提升，為所建立的數(shù)字化解決方案留長(zhǎng)遠(yuǎn)一點(diǎn)的生路，有生長(zhǎng)成熟的機(jī)會(huì)，避免一錘子買賣。同時(shí)，企業(yè)也可以多考慮采用第三方供應(yīng)商的產(chǎn)品，避免無(wú)必要的自建項(xiàng)目，這樣可以借力供應(yīng)商產(chǎn)品在前面提到過(guò)空間重用復(fù)用的積累提升成果。

數(shù)字孿生系統(tǒng)設(shè)計(jì)案例 – 優(yōu)也Thingswise iDOS

人類的文明史也可以看為工具的歷史。要廣泛地利用數(shù)字孿生建立數(shù)字化工業(yè)應(yīng)用，有了目的，有了方法論，還必須有相應(yīng)的工具，才能低成本和高效地實(shí)現(xiàn)。企業(yè)在構(gòu)建數(shù)字孿生型的工業(yè)應(yīng)用，需要框架性或平臺(tái)性工具，而不是從零開始，各自重新發(fā)明輪子。

今天到此我講的幾乎都是概念和思路。但是，我們自己也是據(jù)此而實(shí)踐和推進(jìn)的。在現(xiàn)在剩下的一些時(shí)間我簡(jiǎn)單以優(yōu)也的數(shù)字化技術(shù)平臺(tái)，一個(gè)基于數(shù)字孿生和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)技術(shù)的工業(yè)數(shù)據(jù)操作系統(tǒng)（Thingswise iDOS），作為例子，講解一下實(shí)現(xiàn)上面所談到的數(shù)字孿生設(shè)計(jì)理念的一個(gè)真實(shí)的系統(tǒng)。

優(yōu)也作為一家面向工業(yè)行業(yè)，特別是大型流程工業(yè)的數(shù)字化技術(shù)公司，從企業(yè)數(shù)字化應(yīng)用、生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)數(shù)字化技術(shù)平臺(tái)、以及精益運(yùn)營(yíng)咨詢等多種方式，在包括能碳、設(shè)備、工藝與質(zhì)量，以及績(jī)效管理等多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域服務(wù)于客戶。

工業(yè)數(shù)字化技術(shù)平臺(tái)是優(yōu)也的基礎(chǔ)技術(shù)，既支持優(yōu)也內(nèi)部工業(yè)應(yīng)用產(chǎn)品和數(shù)字化解決方案的研發(fā)，也開放給第三方客戶使用，開發(fā)他們自己的數(shù)字化解決方案。

優(yōu)也的Thingswise iDOS作為工業(yè)數(shù)字化技術(shù)平臺(tái)，面向工業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)環(huán)境，涵蓋設(shè)備連接、數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)分析和動(dòng)態(tài)決策與反饋整個(gè)過(guò)程，簡(jiǎn)化數(shù)字化工業(yè)應(yīng)用的構(gòu)建、運(yùn)行和持續(xù)改善。它的技術(shù)框架是數(shù)字孿生和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)。它的技術(shù)基礎(chǔ)是大數(shù)據(jù)、云原生、機(jī)器學(xué)習(xí)/AI和其它新一代的數(shù)字化技術(shù)。它不是一個(gè)簡(jiǎn)單的大數(shù)據(jù)系統(tǒng)工具箱，而是按數(shù)字化工業(yè)應(yīng)用的需求，抽象解耦，融合創(chuàng)新的結(jié)果，不僅在中國(guó)，而且在全球都具有獨(dú)到之處。

不管其所依托的技術(shù)多么豐富和復(fù)雜，這個(gè)平臺(tái)的架構(gòu)所抽象解耦的功能就只有三層，每一層提供一系列專門封裝的工具，大部分是圖形工具，盡可能簡(jiǎn)易地解決現(xiàn)場(chǎng)使用的問(wèn)題：

物聯(lián)層：解決設(shè)備連接、數(shù)據(jù)采集、預(yù)處理和同步對(duì)齊的問(wèn)題；

數(shù)孿層：解決工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)字化表征和還原，工業(yè)知識(shí)沉淀、復(fù)用共享和持續(xù)提升的問(wèn)題；

應(yīng)用層：解決把算法模型實(shí)時(shí)計(jì)算的結(jié)果，結(jié)合生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)管理的業(yè)務(wù)規(guī)則，并融入精益管理的方法論，動(dòng)態(tài)生成管理策略，并加以執(zhí)行的問(wèn)題。

數(shù)孿層提供標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)備和場(chǎng)景結(jié)構(gòu)還原表征，標(biāo)準(zhǔn)化的知識(shí)沉淀和復(fù)用共享。數(shù)孿層與應(yīng)用層解耦，提供標(biāo)準(zhǔn)的物模型API支持應(yīng)用調(diào)用設(shè)備數(shù)據(jù)和算法，把應(yīng)用與多變的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備環(huán)境隔離，增強(qiáng)應(yīng)用對(duì)多場(chǎng)景的適配通用能力。數(shù)孿層與物聯(lián)層解耦，在其間提供數(shù)據(jù)映射工具，把多源異構(gòu)的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字孿生對(duì)齊，保障數(shù)孿層的標(biāo)準(zhǔn)化，靈活支持現(xiàn)場(chǎng)的多樣化。數(shù)孿層與物聯(lián)層和應(yīng)用層的解耦，保障了工業(yè)知識(shí)在數(shù)孿層的獨(dú)立沉淀、提升和復(fù)用共享，不受現(xiàn)場(chǎng)的多變性的影響，以及避免與跟物理過(guò)程無(wú)關(guān)的應(yīng)用業(yè)務(wù)邏輯產(chǎn)生相互干擾。這樣可以讓數(shù)采、工業(yè)專家和應(yīng)用開發(fā)者，各專其業(yè)，各司其長(zhǎng)，相對(duì)獨(dú)立地工作。

每個(gè)行業(yè)所用的設(shè)備類型大同小異，相應(yīng)的數(shù)字孿生體具有高度的通用性，可建立行業(yè)數(shù)字孿生體包，對(duì)具體場(chǎng)景進(jìn)行適配之后直接使用。我們?cè)谄脚_(tái)中提供了數(shù)字孿生的圖形開發(fā)工具，支持工業(yè)數(shù)據(jù)梳理和工業(yè)算法構(gòu)建，提供多級(jí)梯的重用復(fù)用，數(shù)據(jù)字典、 實(shí)體原型、對(duì)象實(shí)例、數(shù)孿庫(kù)包，支持同類單體數(shù)字孿生的重用，跨越場(chǎng)景的復(fù)用。

優(yōu)也利用這個(gè)工業(yè)數(shù)據(jù)操作系統(tǒng)在能碳、工藝與質(zhì)量，設(shè)備管理等應(yīng)用領(lǐng)域研發(fā)和落地了多個(gè)工業(yè)應(yīng)用和解決方案；優(yōu)也的客戶也利用這個(gè)系統(tǒng)開發(fā)了他們自主研發(fā)的工業(yè)應(yīng)用。這些實(shí)踐初步驗(yàn)證了優(yōu)也的這個(gè)工業(yè)數(shù)據(jù)操作系統(tǒng)，也特別地驗(yàn)證了上面所談到的數(shù)字孿生的概念和思路，也為系統(tǒng)提供了難得可貴的反饋，對(duì)提升系統(tǒng)的功能和適用性起來(lái)非常大的作用。

我們處還在數(shù)字化發(fā)展的初級(jí)階段，我們的系統(tǒng)基于合理的設(shè)計(jì)理念，也有了一個(gè)良好落地使用的基礎(chǔ)，但是我們繼續(xù)提升的空間還很大，特別是在推進(jìn)工業(yè)知識(shí)合作生態(tài)的方面，要做的工作還很多。同時(shí)，發(fā)展的機(jī)會(huì)也非常大。我請(qǐng)參會(huì)的對(duì)此有興趣的同事朋友們繼續(xù)關(guān)注我們的發(fā)展，更希望與大家攜手共力，一起來(lái)推進(jìn)數(shù)字孿生和工業(yè)的數(shù)字化發(fā)展。更多相關(guān)信息敬請(qǐng)關(guān)注“優(yōu)也”公眾號(hào)。

關(guān)于優(yōu)也

成立于2016年的優(yōu)也是集咨詢、平臺(tái)和智能工業(yè)APP三位一體的數(shù)字化轉(zhuǎn)型及工業(yè)能源管理服務(wù)商，旗下?lián)碛袑I(yè)而強(qiáng)大的管理咨詢團(tuán)隊(duì)、經(jīng)驗(yàn)豐富的工業(yè)團(tuán)隊(duì)、核心技術(shù)團(tuán)隊(duì)和比肩世界的軟件團(tuán)隊(duì)，擁有以大數(shù)據(jù)、人工智能、云原生為技術(shù)引擎的數(shù)字孿生中國(guó)原創(chuàng)型基礎(chǔ)工業(yè)數(shù)據(jù)操作系統(tǒng) Thingswise iDOS以及面向基礎(chǔ)工業(yè)企業(yè)提升生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)水平、能源利用水平、設(shè)備運(yùn)營(yíng)能力等系列工業(yè)智能APP應(yīng)用系統(tǒng)，目前優(yōu)也相關(guān)業(yè)務(wù)業(yè)已覆蓋鋼鐵、有色、燃煤等眾多基礎(chǔ)工業(yè)行業(yè)，在新一代數(shù)字技術(shù)賦能傳統(tǒng)工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、低碳化、高質(zhì)量發(fā)展進(jìn)程中持續(xù)探索。

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關(guān)鍵詞： 首席 技術(shù) 博士 數(shù)字