數字孿生技術是智能制造深入發展的必然階段，是智能制造的推進抓手和運行體現。數字孿生的核心是分析推理決策，與當前制造業智能化提升的本質內涵是直接呼應的。智能制造是感知、分析、推理、決策和控制的閉環過程，與數字孿生所強調的充分利用物理模型、傳感器更新、運行歷史等數據，集成多學科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過程，在虛擬空間中完成映射，從而反映相對應的實體裝備的全生命周期過程的理念一脈相承。以CPS模式為核心的智能制造是面向產品、裝備、系統，目前數字孿生技術的應用也已經從傳統的產品孿生向產線、車間、工廠的系統級孿生方向發展，已經從傳統基于三維可視化模型向直指本質的決策推理模型轉變。數字孿生是當前智能制造理念的物化落實的具體體現。
數字孿生與產品研制生產全生命周期階段具有融合的體現關系。在產品研發階段的設計分析的擬實仿真評估、工藝設計階段的工藝系統虛擬驗證、生產制造階段的生產制造運行大數據/人工智能決策、制造資源狀態評估與預防性維護等、試驗測試階段的虛擬試驗測試評估、服役運維階段的裝備性能動態預測評估等方面，并且能夠有效地與面向全生命周期跨地域/專業的綜合研制集成融合，從而能夠有效地支撐和發展形成制造業新模式。
（1）數字孿生與賽博物理系統的關系
賽博物理系統作為智能制造的核心模式，體現了動態感知、實時分析、自主決策、精準執行的閉環過程，支持了裝備/系統的自適應、自組織的智能化發展理念，數字孿生是CPS的具體體現，重點是突出虛實融合下的數據處理、仿真分析、虛擬驗證及運行決策等。
（2）數字孿生與工業物聯網/工業互聯網的關系
數字孿生是閉環CPS過程的典型體現，具有“虛實同步、以實融虛、以虛控時”特點，工業互聯網/工業互聯網資源狀態及控制的泛在化基礎設施能力是支持數字孿生得以實現的基礎，同時數字孿生也是工業互聯網平臺貫通軟硬環節的有效支撐。
（3）數字孿生與工業軟件/工業APP的關系
工業軟件是產品研發過程中知識經驗的軟件物化，是工業APP所強調的服務化特點的源頭支撐。數字孿生閉環過程中的數字孿生體是工業軟件的重要體現方式，體現了對物理對象的幾何、物理、行為、規則及約束的多維、不同粒度的多空間、推進演化/實時過程/外部干擾的多時間等尺度的綜合。
（4）數字孿生與大數據/人工智能的關系
數字孿生體是數字孿生的核心，體現了數據分析、推理決策等，大數據所體現對工業物聯/互聯支持下海量狀態數據和歷史運行經驗數據的分析處理，人工智能所體現的對案例訓練和規則推理，大數據/人工智能是支撐數字孿生體向智能化縱深發展的重要技術。
（5）數字孿生與AR/VR/MR的關系
雖然數字孿生的本質是推理決策，但目前數字孿生比較多的應用領域還是具有三維可視化外在展示需求，從而與目前AR/VR/MR等新型顯示及應用技術具有自然的密切關系，能夠構建一個更加豐富的全態化擬真展示模型，提升虛擬融合的交互直觀度和深度。
（6）數字孿生與設備健康管理的關系
數字孿生在資產密集型行業應用主要是以設備維護為重點的，涉及到以設備健康管理為核心的數字化移交及運行監控。設備性能數字雙胞胎用于故障預測、健康管理及預測性維護，并反饋運行信息給設計以優化設計，改善產品性能。
（7）數字孿生與基于模型系統工程的關系
基于模型的系統工程（MBSE）是實現全生命周期集成研發的核心思想，數字化孿生體將促進建模、仿真與優化技術無縫集成到產品全生命周期的各個階段，也是面向加工、裝配等DFX技術發展的重要使能基礎，是推動MBSE核心思想發展的重要著力點。
（8）數字孿生與數字主線的關系
數字主線是從過程業務數據驅動的角度實現全生命周期集成的重要技術，從狹義角度而言，為全生命周期各階段業務模型的處理提供數據銜接傳遞支持，從廣義角度而言，為整個全生命周期鏈條提供統一的信息模型規范支持，是數字孿生體在不同尺度上的數據獲取與分析方面的具體體現，是數字孿生閉環控制模型的重要支撐。
作者信息：王愛民，北京理工大學數字化制造研究所所長，長期從事MES、APS等技術研究、系統開發與實施應用。
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