导读：本文作为《数字孪生体》一书的内容，经改写后发布。文章对基于仿真的数字工程、物联网平台和数据驱动三大基本策略做了详细阐述，企业可以据此推进数字化转型工作。
数字孪生体是描述物理世界和数字空间的概念体系，它既是一种技术，也是一种新范式。自2010年正式诞生以来，受到了广泛的关注。工业4.0研究院2015年启动对数字孪生体的研究，迄今取得了丰硕的成果。
过去5年期间，工业4.0研究院相继完成了《数字孪生体发展史》、《数字孪生关键技术》、《数字孪生体演进》和《数字孪生体标准》等主题研究，形成了系统的知识体系，并提出了知名的三大流派（仿真派、连接派和数据派）判定。
在此基础上，工业4.0研究院进一步设计了数字孪生体三大基本策略，即基于仿真的数字工程（Simulation-Based Digital Engineering）、物联网平台（IoT Platform）和数据驱动（Data-Driven）等策略。
本文围绕三大基础策略，分析数字孪生体发展的现状及趋势，以便数字孪生体联盟的企业根据自身需要推进数字化转型。
一、基于仿真的数字工程策略
2003年1月，NSF组织了来自密歇根大学、加州理工学院、伯克利、斯坦福大学、IBM等机构，撰写了题为《通过信息基础设施变革科学和工程》（Revolutionizing Science and Engineering Through Cyberinfrastructure）的报告。
NSF随后在2003年、2004年组织了进一步的探讨，最终在2006年5月，发布了《基于仿真的工程科学：通过仿真变革工程科学》（Simulation-Based Engineering Science- Revolutionizing Engineering Science through Simulation）。
工业4.0研究院《数字孪生体发展史》课题显示，NSF在2006年发布的报告，显示美国推进新工程学科的决心，这为2010年NASA和国防部提出数字孪生体概念体系奠定了科学基础。
由于NASA和美国国防部提出数字孪生体相距时间比较短，我们认为它们共同提出了数字孪生体概念体系。虽然其他学者声称最早提出该概念，但没有任何书面证据，或者根本没有提出“数字孪生体”（Digital Twin）这个词汇，大都是其他说法，例如，Michael Grieves提出的镜像空间模型（Mirrored Spaces Model）。
随后，美国国防部对数字孪生体表现了超乎寻常的兴趣，不仅鼓励各大供应商继续做相关工程验证和研究，而且结合到数字工程战略（Digital Engineering Strategy），开始设计“数字孪生体范式”。
2012年，分别来自NASA和USAF的E.H. Glaessgen和D.S. Stargel参加“第53届结构、结构动力学和材料大会”（53rd Structures, Structural Dynamics, and Materials Conference），做了“数字孪生体范式”的发言，指出数字孪生体受NSF提出SBES的影响。
事实上，基于仿真的数字工程开始成为复杂系统建设的标配，并逐渐用数字孪生体进行描述。
航空航天、汽车和石油化工等高价值领域有较大投资冲动应用新技术，数字孪生技术跟他们的需求匹配度高，这些企业通常早就应用了CAx，转向数字孪生体就成为顺理成章的事情。
利用基于仿真的数字工程，在产品设计和生产现场交互上产生较好效果，通常体现为产品数据管理（PDM，Product Data Management）或产品生命周期管理（PLM，Product Lifecycle Management），供应商为了获得更多收入，大都会推介其仿真功能。
工业领域的仿真功能涉及到基础科学知识，例如物理学、化学或生物学等，这给企业带来巨大的成本，除非企业产品利润特别高，通常没有必要采用基于仿真的数字工程策略，它们还有物联网平台策略和数据驱动策略可以应用。
二、物联网平台策略
2011年左右，全球各国相继推进了国家先进制造战略，德国推出工业4.0，美国设计先进制造计划，日本提出机器人革命等，中国当时主推两化融合。德国工业4.0以信息物理系统为核心技术，美国先进制造主要围绕数字制造来推进，日本强化自动化及机器人技术，中国提出了两化融合测评体系。
与此同时，美国通用电气期望利用互联网改造工业想法衍生出来的“工业互联网”，它在2014年成立了工业互联网联盟（IIC，Industrial Internet Consortium），这个组织显然属于民间行为，不代表美国政府，美国商务部下属NIST推进的先进制造才具有代表性。
通用电气的工业互联网概念体系来自物联网，而物联网当时已经产生了10多年，通用电气判定物联网可以为数字化转型提供技术支撑，将带来制造模式和商业模式的转变。
2015年，美国几家知名咨询公司发现通用电气采用数字孪生体来构建工业互联网技术体系，以便跟工业自动化体系融合起来，于是纷纷发布预测报告，把数字孪生体称之为未来的技术。例如，Gartner、IDC等IT咨询公司发布了多份报告，直接推动了数字孪生体热潮。
美国IT咨询公司跟IT企业之间的配合非常默契，当Gartner和IDC等咨询公司发布报告时，IBM、Oracle、微软和Ansys等IT企业对外宣布，“我们也有数字孪生体解决方案了”。
由于工业互联网跟我国“互联网+”概念接近，跟我国制造业大国地位匹配度高，我国跟踪几年后，迅速引进该概念，并根据我国国情做了大量研究，形成了我国的工业互联网体系。2016年，信通院发布了《工业互联网体系架构1.0》，宣布网络、数据和安全三大功能体系。
随着大量企业介入工业互联网应用，云服务模式相对较为成熟，对应过来就成为工业互联网平台，因此，“平台”逐步成为工业互联网体系架构中的一种重要元素，逐步替代了不宜落地的“数据”功能体系，最终成为《工业互联网体系架构2.0》，2020年4月23日，信通院发布了该报告。
在报告中，数字孪生体成为了数据功能实现的“关键支撑”。
至此，数字孪生体连接派的理论体系已经成型，采用该体系架构的企业通常选择“物联网平台策略”，把物联网平台建设放到价值创造核心地位。需要指出的是，物联网平台策略对是否采用仿真没有要求，这需要企业根据自身情况选择，事实上，大部分企业并不需要仿真级别的数据呈现，它们大都需要有一个好看的几何模型即可。
三、数据驱动策略
数字孪生体作为物理世界和数字空间融合的工程概念和体系，具有较强的通用性，工业4.0研究院于2016年率先称之为"通用目的技术"（GPT，General-Purpose Technologies），并论证：除了在制造业具有价值，数字孪生体在能源、建筑、城市、农业和国防等领域具有难以想象的价值。
以生产制造为核心的工业，基于物理学、化学、生物学等多学科建模仿真是前提，这是数字孪生体产生之初的主要需求，后来随着物联网感知带来网络化，改变了价值创造点。在物联网基础上，可实现远程可视化和一定的预测分析，成为物联网平台模式。
对于非制造业的能源、建筑、城市、农业等领域，仿真不是刚需，或者因为成本太高而变成多余的功能，这些应用场景的根本需求是利用数字孪生体，建立一套“数据驱动”（Data-Driven）的数字工程。
这跟传统的消费大数据不同，行业专家通常用“工业数据”来描述。
上个世纪80年代兴起了“工业数据”革命，这是工业领域数字化转型新形态。美国商务部下属NIST科学家Sharon J. Kemmerer在1999年发布的《STEP：伟大体验》（STEP：The Grand Experience），详细描述了当时发生的工业数据标准演进故事。
作者在书中专门辟出一个章节分析了“数据分享”（Data Sharing）和“数据交换”（Data Exchange）之间的差别。她认为STEP和ISO 10303较好解决了数据交换问题，因为其目的就是为了保证各种产品设计模型之间可以实现导入导出。
美国商务部认为，这是工业数字化转型的痛点，因此花费了大量资源来推进该工作。对比当时处于美日贸易战之争中的日本制造业，它正在“好高骛远”推进“智能制造系统”（IMS，Intelligent Manufacturing Systems）。
时任NIST科学家Kemmerer参加了日本发起的IMS研发计划，她显然心知肚明，连数据交换都没有做到，搞智能制造系统不具有可行性。事实也证明了这个结论，2010年，日本退出亲手创建的IMS联盟，宣告日本数字化转型之失败。
美国按部就班，遵循科学规律，踏踏实实推进工业数字化转型，把重点放到数据交换问题解决上，联合需求大户波音公司（波音767和777）和美国国防部（洛克马丁F-22战机），解决它们推进数字工程中遇到的数据交换问题。
NIST坦诚，STEP计划只解决了数据交换问题，数据分享问题还解决不了。
据工业4.0研究院最新跟踪，目前NIST设立“数据和信息科学办公室”（ODI，Office of Data and Informatics），正在解决物理、生物、化学和材料科学中的数据科学挑战，这跟互联网公司所讲的大数据或数据科学有天壤之别。
采用数据驱动策略的企业，遵循的分析框架不同，价值创造方式自然也不一样，正如NIST所讲，在工业及其他领域，人工智能和大数据改变了传统工程科学工作方式。
总结
笔者深知一篇文章难以把诸多信息阐释完整，但为了阐释数字孪生体三大基本策略，尝试引用对应流派发展过程的事件和文件，对策略中的核心价值做了分析。
基于仿真的数字工程、物联网平台和数据驱动三大基本策略各有其用，企业无需为了某种时髦随意改变自己的核心策略，因为不同行业会对数字孪生体核心技术和解决方案提出要求。具有创新精神的企业家，敢于突破思维限制，顺应时代需要，成为中国数字孪生创新的颠覆性力量。
作者：胡权，工业4.0研究院院长，数字孪生体联盟理事长
