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【导读】数字孪生（DigitalTwin）的概念，，，，，，，近年来逐渐为各大公司、行业所重视，，，，，，，并在研发、生产、物流等环节广泛应用。。。。。。。数字孪生的最新内涵是什么？？？？？？它的普及对于物流和供应链又有何影响?

数字孪生的基本特征

早在2002年，，，，，，，“数字孪生”由Dr. Grieves首先提出，，，，，，，并不断丰富和发展。。。。。。。它是一种将实体世界和虚拟数字世界紧密联系的技术。。。。。。。在先进数字科技的支持下，，，，，，，在计算机里面可以精确反映物体（如某个工业产品）的当前状态，，，，，，，记录其历史发展过程，，，，，，，并对其未来进行预测。。。。。。。

由于数字孪生实现了数字世界和物理世界之间的高度匹配，，，，，，，所以又被称为“数字双胞胎”。。。。。。。它既可以描绘原子的运动，，，，，，，也可以在计算机中跟踪一个人的生老病死历程，，，，，，，甚至模拟一座城市/一个国家发展的生命周期。。。。。。。当然，，，，，，，还可以用来刻画物流和供应链的运作。。。。。。。

（图1 仿真技术逐步进化成了今天的“数字孪生”，，，，，，，图片来源：DHL研究院）

数字孪生和仿真（Simulation）有着密切的联系。。。。。。。DHL研究院认为，，，，，，，今天的数字孪生实际上是仿真技术不断升级的产物。。。。。。。传统仿真技术，，，，，，，在某种意义上初步实现了数字世界和物理世界的对应：在某个实体产品/服务真正落地之前，，，，，，，就可以在电脑中对其性能作初步的模拟验证，，，，，，，并根据结果来及时修正方案。。。。。。。

然而，，，，，，，到了最近的“数字孪生阶段”，，，，，，，数字模拟的精度提升到了前所未有的程度（拜计算机科技以及先进传感器提供的大数据所赐）。。。。。。。信息反馈的方向也不再是单向的“计算机指导实体世界”，，，，，，，而是可以从实体世界反馈到计算机数字世界，，，，，，，再从数字世界到实体：两者之间循环交互，，，，，，，密不可分，，，，，，，以至于数字版本可以和实际世界“同步成长”。。。。。。。

相比于传统仿真而言，，，，，，，数字孪生技术不但性能大为增强，，，，，，，而且成本也逐步下降。。。。。。。许多专家认为，，，，，，，Digital Twin已经到了全面普及的临界点。。。。。。。其市场份额的年增长率或超过30%。。。。。。。

（图2 Digital Twin背后的虚实映射关系，，，，，，，图片来源：德勤）

关于数字和实体世界的“孪生”关系，，，，，，，在图2中有更加直观的描述。。。。。。。从物理世界到数字世界，，，，，，，靠的主要是传感器等数据收集装置（sensors, actuators）；；；；；；；；而从数字到物理世界，，，，，，，则依赖于数据管理和分析（analytics）。。。。。。。数字孪生是对物理实体的独一无二表达，，，，，，，既描述其静止状态，，，，，，，也描述其动态行为。。。。。。。并且，，，，，，，还可以从大数据中推测出未来的发展趋势，，，，，，，为实体提供最优决策支持。。。。。。。

数字孪生的应用前提

数字孪生的快速发展，，，，，，，主要依赖于五项关键技术：

（1）物联网（IoT），，，，，，，以低成本传感器收集实体世界的大量数据；；；；；；；；

（2）云计算（Cloud Computing），，，，，，，为大量数据的存储和处理提供（足够灵活的）基础设施支持；；；；；；；；

（3）接口标准（API & Open Standards），，，，，，，让IT开发人员能够灵活使用外界资源，，，，，，，避免“重复造轮子”，，，，，，，站在巨人肩膀上创新；；；；；；；；

（4）人工智能（AI），，，，，，，让我们能发现大量数据中的规律，，，，，，，作出最优决策；；；；；；；；

（5）虚拟现实/增强现实/混合现实（VR/AR/MR）：让数字世界显得更加“真实”。。。。。。。

（图3 数字孪生基于“解耦”，，，，，，，将对象拆分成足够小的？？？？？？椋，，，，，

图片来源：英诺维盛公司）

无论传统仿真，，，，，，，还是强大的数字孪生，，，，，，，其技术应用的前提都是对实体对象进行建模，，，，，，，用数学语言对其进行描绘。。。。。。。而建模的前提则是将对象进行足够细致的分解，，，，，，，细分之后再组合成一个数字整体（”If you can’t create it, youdon’t understand it ”）。。。。。。。

对象的分解可以有“横向”和“纵向”两个维度。。。。。。。根据著名智能制造专家赵敏老师的论述: “横向分解”是从生命周期的角度，，，，，，，把实体产品发展的过程划分成“需求分析”、“方案设计”、“加工制造”等若干个阶段，，，，，，，一直到最后的“维护管理”和“产品退役”为止。。。。。。。而“纵向分解”则是在任一时间点，，，，，，，将对象逐层分解为细小的？？？？？？椤！。。。。。例如：飞机这样的大型复杂工业品也可以分为“系统”、“子系统”。。。。。。。。。。。。。。“元器件/零件”、“原材料”等各个层次，，，，，，，如图3所示。。。。。。。

将对象划分得越细，，，，，，，数字世界的镜像就会越逼真，，，，，，，并且对数字模型的更新迭代也会更快（每次只需要更新一个小？？？？？？榧纯桑！。。。。。这和IT领域近年流行的“微服务”理念也是一致的。。。。。。。

数字孪生的应用领域

数字孪生应用的领域很广，，，，，，，图4中提到的七个方面是较为典型的： 

（图4 数字孪生的七大应用领域）

1、在生产制造领域，，，，，，，可以用数字孪生对生产过程进行充分模拟，，，，，，，确定最优工艺参数等，，，，，，，从而提高生产质量、降低运营成本。。。。。。。

2、在材料研发领域，，，，，，，可以对各种不同的材料配置进行分析和比较，，，，，，，预测其性能。。。。。。。

3、在工业品应用领域，，，，，，，可以对一些大型产品的使用情况进行持续监控，，，，，，，例如航空发动机，，，，，，，或是应用在极端气候条件下的电力设备——这类产品的“售后”状况很难通过人力监控，，，，，，，但用数字化手段则可以看得更加清楚。。。。。。。

4、在医疗健康领域：一方面可以对CT机等大型医疗设备的性能进行仿真和数字化追踪；；；；；；；；另一方面，，，，，，，也可以对植入人体的心脏起搏器等设备作建模分析，，，，，，，甚至为“活的”人体生物组织建立数字镜像。。。。。。。

5、在城市基础设施领域，，，，，，，数字孪生的内涵可大可小！。。。。。捍蟮秸龀鞘/国家的公共设施运行分析，，，，，，，小到一段铁轨的变形情况监控。。。。。。。

6、在能源领域，，，，，，，我们既可以为“硬”的钻井平台/发电设备建立维修模型，，，，，，，也可以为“软”的能耗情况及二氧化碳排放轨迹等建立数字孪生。。。。。。。

7、在零售电商领域，，，，，，，研究对象则包括服务流程监控，，，，，，，以及对消费品质量的长期追踪等。。。。。。。

在物流中的具体应用

上文提到的数字孪生七大领域，，，，，，，与物流供应链有着密切的联系。。。。。。。一方面，，，，，，，物流和供应链对这七大领域的发展起到支持和保障作用；；；；；；；；另一方面，，，，，，，这七大领域的技术提升，，，，，，，本身也会促进物流的进步。。。。。。。如图5所示：

（图5应用数字孪生的五大物流分支）

1、对于包装器具管理而言，，，，，，，数字孪生技术可以帮助我们设计新型材料，，，，，，，从而减少物流包装带来的环境污染和浪费。。。。。。。这一点在国家推出“限塑令”的大前提下显得更为重要。。。。。。。哪怕对于非塑料材料，，，，，，，我们也有必要研究：如何让包装材料更经久耐用，，，，，，，以及对环境的污染更小。。。。。。。同时，，，，，，，对于可循环包装的运行轨迹进行全程跟踪和大数据分析，，，，，，，也是数字孪生的重要课题之一。。。。。。。

2、对于航运领域而言：我们可以对某些高价值货物的运输过程进行数字化追踪，，，，，，，全流程记录货物所处的温度、湿度环境以及受冲击/碰撞情况等，，，，，，，从而确定承运方是否按照约定的条件对货物进行了；；；；；；；；ぁ！。。。。。一旦出现货物损坏，，，，，，，也有足够的证据来支持理赔操作。。。。。。。此外：把远洋货轮本身当作数字孪生的建模追踪对象，，，，，，，有助于监控其运输时效，，，，，，，并预防船只的抛锚、失火等事故。。。。。。。

3、对于全球/全国范围内的物流网络运作来说：新一代地理信息系统（GIS）给数字化物流提供了前所未有的机遇。。。。。。。在宏观设计层面，，，，，，，民用地图的精度达到了前所未有的程度，，，，，，，并且还推出物流专用的货运版地图，，，，，，，显示出货运卡车在城市每个区域的限行状况等。。。。。。。这有助于制定更精细的物流规划方案。。。。。。。在微观运作方面，，，，，，，对于车辆/货物的精确跟踪，，，，，，，也有利于在每日运作中制定更优的决策。。。。。。。

4、拜数字孪生所赐，，，，，，，物流基础设施的管理水平也更高了：除了广义的地理信息系统之外，，，，，，，我们还可以为某个具体的港口/机场建立孪生模型，，，，，，，实时监控和分析其运作情况，，，，，，，预测未来一段时间内的海运/航空班次准点率等。。。。。。。并且，，，，，，，不用大兴土木作实体建造，，，，，，，就可以分析出未来5-10年的最优改建方案。。。。。。。

5、仓库/物流中心的运营，，，，，，，数字孪生技术也能提供很多帮助。。。。。。。在低成本传感器和大数据技术的支持下，，，，，，，我们可以对仓库各个库区的应用情况了如指掌，，，，，，，并且能够建立3D模型对其进行描绘。。。。。。。哪怕坐在家中，，，，，，，也能掌握每一个货架的实时情况。。。。。。。出于培训目的，，，，，，，我们还可以为公司职员配备虚拟现实眼镜，，，，，，，把数字化的仓库栩栩如生地展现在他们眼前。。。。。。。

供应链运作是一个端到端的完整过程。。。。。。。单个环节的创新如同珍珠，，，，，，，组合在一起之后就会成为熠熠生辉的项链。。。。。。。对于制造业供应链而言，，，，，，，数字孪生对各个环节的影响如图6所示：

（图6 数字孪生对制造业物流各环节的影响）

（1）在入厂物流环节，，，，，，，数字孪生可以让制造商能够配置更多种类的产品，，，，，，，来满足客户更加多样化的需求。。。。。。。但是这也带来了新的挑战：由于零部件种类更多、运作复杂度大大提高，，，，，，，导致制造商需要在“大规模定制”方面下更多功夫，，，，，，，在定制化运作的同时，，，，，，，仍然保持自己的产品竞争力。。。。。。。同时，，，，，，，在数字孪生技术的帮助下，，，，，，，让整个供应链变得更加透明化。。。。。。。

（2）在厂内物流环节，，，，，，，生产管理者需要更加严格地推行精益物流和标准化物流，，，，，，，加强传感器等技术的应用、并明确数据管理责任。。。。。。。唯有如此，，，，，，，才能确保系统中的数据和实际情况相对应。。。。。。。大批量的物流运作，，，，，，，也会更多地向“小批量、高频次”方式转变，，，，，，，以单件流的方式来精确管理零件/半成品/成品。。。。。。。

（3）在售后物流环节，，，，，，，数字孪生技术让制造商能提供更多的增值服务，，，，，，，从远程售后支持到预测性维修（通过数据分析来提前预判维修的时间点）。。。。。。。原厂制造商在产品已经卖给客户之后，，，，，，，仍然需要跟踪其当前位置、当前状态，，，，，，，持续收集和分析数据。。。。。。。只有这样，，，，，，，才能为客户提供更高质量的售后服务。。。。。。。为此配套的工作还包括：将售后零配件库存布置在最合适的位置，，，，，，，并持续优化相关的物流服务方式。。。。。。。这一过程会持续到产品生命周期的尽头：在产品寿终正寝的时候，，，，，，，以最优方式组织逆向回收物流，，，，，，，也属于数字孪生的范畴之一。。。。。。。

（4）在供应链综合协调的层面：供应链运作的优化来源于各个环节的相互协同，，，，，，，来源于端到端的“整体式”数字孪生。。。。。。。数字世界模型需要做到高度透明化，，，，，，，展示出供应链各个环节的实时运作状态及其相互关系——为此要获得供应商、客户等外部伙伴的高度配合：需要他们提供准确数据、严格遵守流程、并且按照约定来共同维护供应链的持续运作、应对可能；；；；；；；；！。。。。。

总之：数字孪生对于物流供应链运作提出了新的挑战。。。。。。。为了应用Digital Twin，，，，，，，企业会被逼提升标准化水平、加强精益管理。。。。。。。但是如果能恰当应对，，，，，，，孪生技术本身又有利于提高企业的精准运作水平。。。。。。。所以，，，，，，，数字孪生既是挑战，，，，，，，也是供应链管理者的机遇。。。。。。。

结语

数字孪生技术 (DigitalTwin)和仿真有着密切的联系，，，，，，，但比传统仿真有着更强的功能。。。。。。。在海量数据的支撑下，，，，，，，数字孪生在物理世界和数字世界之间建立了密切联系，，，，，，，能对实体产品和服务作全生命周期的追踪。。。。。。。近年来，，，，，，，它在生产管理、材料研发等多个方面取得了长足的进展，，，，，，，并因而促进物流供应链管理水平的提升，，，，，，，把供应链数字化提升到新的高度。。。。。。。

对于数字孪生体来说，，，，，，，虚拟世界和现实世界同步发展，，，，，，，形成了两条线索：“数字主线”和“物理主线”，，，，，，，如图7所示。。。。。。。每条主线的发展历程，，，，，，，反映了实体/服务从产生到最终消亡的整个生命周期。。。。。。。而数字主线和物理主线之间也是密不可分的：数字世界感知物理世界状态，，，，，，，进行分析和预测，，，，，，，并将决策又反馈到实体，，，，，，，形成循环往复的信息闭环。。。。。。。

（图7 数字孪生包含两条主线、紧密交织，，，，，，，图片来源：英诺维盛公司）

在供应链应用中，，，，，，，数字孪生目前面临如下挑战：一是要进一步降低技术应用成本；；；；；；；；二是要追求（足够的）模拟精度；；；；；；；；三是要将不同合作方的信息系统打通；；；；；；；；四是要从源头保证数据质量；；；；；；；；五是要对各方进行培训，，，，，，，确保企业管理理念和技术相匹配。。。。。。。此外，，，，，，，数字孪生应用中的信息安全/知识产权；；；；；；；；さ任侍猓，，，，，也必须引起足够的重视。。。。。。。

虽然挑战还很多，，，，，，，但是数字孪生技术已经向我们走来。。。。。。。Gartner在2018年将它列入“十大技术趋势”之一，，，，，，，而相关应用案例也已经涉及所有工业领域。。。。。。。我们有理由相信：在数字孪生技术的帮助下，，，，，，，物流和供应链管理的新时代正加速来临。。。。。。。

作者 |Victor威斯康星

来源 |供应链4.0