导语

数字化如何赋能新型工业化？数字孪生技术只是“还原了现实”，即所谓的映射，是远远不够的。这背后需要诞生崭新的商业逻辑，转动全新的价值闭环才可能真正释放数字孪生带来的新生动能。

文 / 杜义飞、史轩亚、程正、黄旭炜

2023年的春天，中国经济迅速复苏、充满活力，数字经济成为一道耀眼的风景。数字化助力推进新型工业化，为推动中国经济高质量发展与中国式现代化注入强劲动能，而数字孪生为新型工业化的企业管理提供了数字底座。

数字孪生体现了人类对复杂系统的掌控能力。一个城市很复杂，一个工厂很复杂，一辆坦克也很复杂，但数字化之后，便可以轻易地掌控它们。在大型现代军事演练的红队蓝队对抗中，指挥员都集中观看大屏指挥战斗——物理世界全部映射到数字空间里，所有战争态势都实时再现在数据图示中。疫情期间机场匝道应用人脸识别，数据全部通过传感器传递到后端平台，复杂的人员流动被有效控制了。

2022年全球数字孪生市场规模大约为115亿元（人民币），预计2029年将达到269亿元，2023—2029年复合增长率（CAGR）为12.6%。全球数字孪生需求不断增长，推动各个行业快速发展。同时，以数字化和自动化为重点的新型工业化的发展趋势也在拉动对数字孪生及其应用的需求。数字孪生技术如何赋能新型工业化？只是“还原了现实”，即所谓的映射，是远远不够的，还需要构建崭新的商业逻辑，转动全新的价值闭环，这样才可能真正释放数字孪生带来的新生动能。

一个数字孪生场景：我的故事讲不下去了

四川智慧高速是一个典型的数字孪生场景。我们可以在数字系统中看到高速公路的画面（见图1）。通过人工智能技术和自主研发的感知设备，四川蜀道智慧交通集团与腾讯、阿里云、高德等合作伙伴共同构建了一套数字平行世界。通过数据融合分析，高速公路布网及沿线的一草一木、一车一路等都实时投射到三维数字空间中，构建出一个全时空、高精度、高保真实时还原的平行世界。

管理人员能实时查看高速公路情况，管理更加直观高效。图1中，左上角是实时视频，右边就是孪生画面。视频中有车辆经过时，孪生画面会同步出现对应的车道和车型，达到百毫秒级的感知、厘米级的定位，车牌、车型、颜色也与真实情况相符。管理人员可以任选一辆车，全程跟踪。孪生界面还提供车内视角以及俯视视角，可以通过视频系统不断切换各角度信息。数字孪生系统还可以提供整条道路的自动巡检，不管白天黑夜，管理者都能够清楚地在孪生画面里看到整条高速的运营情况，实时掌控异常车辆信息，减少高速公路的巡查成本。

那么，在数字孪生基础上，能否对高速网络的车流做优化、治理与调度呢？高速网络中流量分布极为不均匀，有些路段堵得一塌糊涂，有些路段大量闲置。在数字孪生系统的帮助下，通过分时段、分车型价格策略，理论上应该可以实现整个高速公路路况、设计、通行能力的最优。但是，这是一个巨型模型，参数可以达到500亿级别，即使只有1%的流量或价格变动，参数变化也是惊人的。

数字孪生技术实现了对场景的解构和重建，对高速路公司提升效率、替代人工效果非常明显。蜀道智慧交通认为，下一步布局不能仅停留在满足这些最底层的需求和应用上，还可以在技术上做更大突破；然而，高速公路企业似乎对其在更广泛层面上的应用并不感兴趣：冲突的本质在于高速路公司的诉求与数字孪生的核心价值不在一个频道上。一条道路的设计建设，主要通过概算控制成本，价值最终体现在通行费收入上，规划基本就决定了它的经济价值。从激励和约束的机制来看，对高速公路企业的考核首先是收入多少，然后是有没有出重大的安全事故，数字孪生有什么新的应用空间，并不是他们关注的。

我们看到了智慧高速数字孪生的美好前景，但现实却苍白而无力。“本来我们是一个数字基因，正在非常努力地进入数字空间的新动能、新地带，但是现实把我们拉回来了。”四川智慧高速总经理感慨道。

数据是实时的：这里面有神奇的变化

运维监控是直接的场景应用

数字孪生最开始出现在航空航天领域中。例如，航天飞机是一个大系统，有上百万个零部件。每一个零件的使 用时长，维护与更换的时间，都需要实时的监控及预测。制造企业运维与监控业务便成为数字孪生最直接的场景应用。

以前，数据都在个人电脑里，管理者需要到每条生产线、每一台设备、每一个仪表上去抄取数据，要跨越不同厂房、不同门禁等诸多物理阻隔。数字孪生技术打通了整个场景的数据，实现了实时监控与维护，进而打造出统一的数字化管理平台。在数字空间里面，没有物理空间阻挡，没有时空距离。

KSB是德国一家做泵的隐形冠军企业，给自来水厂、核电核能提供泵，2022年销售额高达十二亿欧元。如今，碳排放控制成为全球的焦点，每一家工厂都需要监测碳排放。KSB借助数字孪生技术打造双碳监测系统，通过一张图去监测管理，实时获取碳排放数据，实现在线运维监控。

监控之后可以做到实时预测

KSB数字孪生技术支持专家表示：“观测是基础，在这之上可以往前面做一点，就是数据取到之后可以去写一些算法，利用历史数据与实时数据，不断迭代模型，进行设备的预测。”比如说，预测到设备大概在一年半之后达到使用年限，可能需要更换，KSB就可以快速为客户提供服务。这是数字孪生最常见且最具实效的应用。

A公司是一家传统服务企业，帮助政府管理整个城市环卫场景，如购买垃圾清运车，聘请清洁人员等。经过数字化改造后，A公司变成一家科技公司，构建数字孪生可视化大屏，帮政府做环卫一体化。在一张地图中，管理者可以看到环卫车的运行轨迹，并对每一辆环卫车进行实时监管。环卫车只能在指定区域清扫垃圾，一旦超出界限就会马上示警，甚至是通过数据链直接下发到环卫车将其原地熄火停车，待报告情况后再解除。如果驾驶人员在驾车时出现打电话等不规范行为，马上就会收到提醒信息。每一项行为都受到约束，管理越来越精细化。此外，A公司还借助数字孪生技术打造了城市客厅，在城市公共设施上安装传感器，构筑起一张覆盖整个城市的传感器大网，归集所有数据进而实现实时管控。

数据是实时的，一张地图可以拉通全程

“现在我做成了虚拟的数字化预测，将所有作业场景的数字孪生建设起来，我看实时数据就行了，不用去现场，有任何障碍，一张地图可以拉通全程。”一家数字孪生服务公司创始人自豪地说道。

对工业企业来讲，智能制造一般有两个比较大的投入：一个是建设厂房之前的设计，另一个是建完厂房之后的运营。设计和运营阶段都可以引入数字孪生，并自然延伸到销售阶段，打通从“工厂”到“客户”的全流程。在工业领域，汽车行业已实现了汽车的在线选型以及配件的自主选装和下单。各大行业头部企业也在加快产品数字化、智能化的布局。传统的纸质说明书以及宣传手册已经无法满足当下客户快速、精准、高效获取信息的需求。这些无法数字化的物品会延长销售人员和新客户对产品的学习周期，导致销售人员对产品理解不足、客户对产品兴趣下降。相反，在销售环节植入数字化的3D产品配置能够给用户带来更加直观、简洁、新颖的体验。借助数字孪生的3D产品配置器（如图3），非专业人士可以直接创建出基于Web的3D产品配置体验，设计师与艺术家们可以直接创建出基于网页的沉浸式交互式3D体验。更重要的是，对缺少数字部门但面临数字化交付压力的大量中小企业来说，Web3D产品配置无疑可以为其提供实实在在的数字化赋能。

孪生是实时的，实时数据实时捕捉

一个东西放在那里，你不知道它有什么数据。比如放个电脑在这里，你能监测到什么？什么都没有。后来，智能手表等数字设备出现了，可以监测到温度、湿度或者压力，各种情况下各个方面的实时数据源源不断汇聚。接下来，用户可以用这些设备来监测的参数越来越多。需要什么数据、要统计哪些数据，事先是不清楚的，需求是伴随数据汇集不断涌现的。我们能够做的便是“实时数据，实时捕获”。

数字技术本身并不能“释放”规律，规律是在行动、价值和场景的参与下涌现出来的。基于场景的数据归集，基于数字空间数据的汇集，这种实时的数据让规律从无到有、不断绽放。我们只需观察人与人、人与物、物与物的反复交互中逐渐稳定的一些规律，并最终校准、捕获它们。在数字孪生的加持下，管理规律将不再禁锢于实体场景中，而是把物理空间产生的互动数据汇入数字空间中融合分析，校准并捕获规律，进而再投射到真实场景中。“能够实时地捕捉，看到的预测或者是控制效果就会更好。”这位创始人最终总结道。

数据反复叠加，新东西正在不断涌现

数据叠加，不断发现异常值

过去工厂管理往往都有一套标准的指标体系，只要保持在运行范围就可以了。然而，一个复杂的制造场景，除了企业自身，还涉及上下游，包括供应端和消费端。在这样的运行环境之中，企业会不断经历剧烈变化，指标是随时在变的。这些指标在设备参数里或者物理抄表数据中是没有的，需要统计哪些指标，有哪些新的指标应该进来，很难找到答案。设备在运行之后会出现超过或低于基线的异常值，需要反复总结。基于数字孪生技术，可以对生产过程进行日复一日的统计和总结，新的指标得以在反复计算与训练中产生。通过整合所有交换节点，数字孪生技术将企业及其交易网络的所有数据呈现出来，开启数据学习过程，不断找出基线进而校准出异常值。

通过参与者交互及其产生数据的叠加，数字孪生技术能够捕捉到瞬息即逝的异常值。数字孪生技术能够将测量指标按照生命周期统一起来，在持续交互中检测个体的状态并进行预测。例如，智能手表可以持续测量心跳并进行提醒：“你心脏可能已经超负荷运行了，再过10年要特别注意了。”另外，数字孪生还允许多层叠加数据。例如，在KSB服务的水厂里，渗水泵并不能直接提示气出现问题，但管理者可以根据采暖泵数据来判断渗水泵出了什么问题。数据相互叠加产生了相互验证的效果。

数字孪生反复迭代，通过多重数字组件叠加，将复杂且充满活力的状态维系住。数字孪生是一个交互系统，它不是单向地传输数据，而是承载物理空间与数字空间双向交换的地带。数字孪生允许两个空间并存，复杂性相伴而生。涉及外部生产端、制造端时，由于太过复杂，更多地是维持现状。在数字空间中，数字孪生可以把很多复杂的机制隐藏起来，通过人机交互，仅把有价值的东西呈现出来。如果出现告警，可以立马知道是哪个位置，实时直观；某个部件出现问题，可以立马找到备用厂家，流程高效可靠。基于数字孪生平台，多种交叉学科技术得以融合，提升了管理质量和管理水平，管理的精细度越来越高。

数字孪生，迭代产品应用场景

一家企业有自己的产品原型，使用其产生的数字可能会比企业自身更清楚产品的应用场景，哪怕这个原型是从国外引进的。数字孪生可以让产品在应用场景中呈现，无阻碍地反映产品的运行状况和实时表现。什么样的情况下，产品应该是一种什么样的工作状态，这些经过应用场景检验的数据全部反馈到数字孪生平台中，产品功能会得到不断改进。例如，第一代产品出来以后，在某种压力负荷情况下，某些指标出了问题，研发人员对照这个实时指标反馈，就可以快速发现底层代码或者物理设计可能存在的问题，快速修正与改进。

对工厂来说，研发是问题驱动的，出现问题是迭代创新的原动力。中国发电设备制造企业与国外企业合作，由于应用场景不完全一样，设备在运行中可能会出现各种问题，需要快速响应。受技术转移的限制，本土企业不可能随时把外方技术人员请到现场解决问题。数字孪生可以让这个过程更加快捷甚至智能，从某种程度上推动中国企业自主研发的进程。数字孪生让中国本土企业实时掌握发电设备运行数据，实时调用，来自应用场景的力量推动技术创新与研发进程。

打通数据节点，实现组件间的数字孪生

只要数据节点能够打通，组织之间也能实现数字孪生的效果。数字孪生不仅仅是一个产品、一个服务，更是一个观念、一种纽带。在数字空间中，组织间的物理隔阂被打破，交互产生数据成为可能。随着更多数据汇聚到数字孪生场景中，组织之间形成相互依赖、产生集体行动。实时的、活跃的数据汇集地带是最有价值的地带，只要数据不断涌现，就可以迅速、持续地把相关参与方卷入进来。

以KSB为例，通过数字孪生技术完成生产过程实时监测以后，信息中心得以产生价值并摇身变为一个利润中心。它不仅可以把水泵卖给全世界的水厂（下游厂商），还可以交易另外一个东西——泵的数字化，做水泵的实时监测与运营维护。泵什么时候坏？什么时候需要维护或维修？什么样的方案对水厂是最经济的？这对绝大多数水厂来说都是难以回答但却无法回避的问题。KSB的数字孪生系统可以给出清晰的答案，并在数字空间中大大压缩成本。

在应用场景里面，带来商业新机会

数字孪生打破了传统产业链条的角色固化，形成了一些新的价值空间与机会。以前从进原材料、设计、封装到销售，不管是供应链条、产业链条还是生产链条，都是有时空距离的。数字孪生可以缩短距离，实时同步。需求可以随时改变，只要实现中间数据的汇集，各方就能同步做可行性分析、需求校准，在产品还未生产时多方就能够达成共识了。

杭叉集团股份有限公司（以下简称“杭叉集团”）是中国最大的叉车研发制造企业之一，其出口业务遇到的一个棘手问题是，如何应对不同市场的众多变种需求？比如一个产品，在东南亚市场需要变化，到美国市场，产品的样式要做一点改变，到了欧洲市场，又要有新东西。这么多变种需求，不仅要杭叉集团应对，还需要上下游合作伙伴的配合，难度指数上升。以前，每张图画出来后需要反反复复与各个环节沟通，效率极低。数字孪生的3D选配方案很快就解决了这个问题，效率大大提升（见图4、图5）。多样性产品变种还处在设计阶段时，市场调研与市场感知就可以同步启动了。多方在可重组、可编辑的数字空间中达成共识、意见一致，企业再开始生产。

价值可以闭环，“终于能够驾驭这股力量了”

价值闭环，释放出涌现性与生成性

数字孪生释放价值，至少有两点新特征。第一，它的数据是实时动态的。之所以叫孪生，是因为完全是实时的交互数据，而且数据每一刻都不能停，价值是实时涌现出来的。第二，它是多源叠加的，一定要出现场景里面。我们看到的智慧高速数字孪生，是高速路、汽车、道路两旁的一草一木或者其他参与者，这些并不相关的数据来源汇聚并叠加到了一起。

数字孪生不是按照固有逻辑达成对价值的承接与释放。它不预先设定行动准则，而是先将多方数据汇聚在一起，多种可能性并存。接下来，形成一个数据流动的活动闭环，产生一种闭环向内的力量，将更多主体反复卷进来。参与者有进有出，但动态闭环过程是持续的，源源不绝的动力源头形成了。最终所释放的价值形式往往是全新的、反直觉、反现实与反经验的，与固有经验与习惯完全不一致，具有涌现性与生成性。

传统范式认为，企业需要先有一个逻辑、一个价值目标，或者固有业务形态，然后再去看该怎么做，怎么搭建系统。但是，现在应该反过来，除了尝试搭建可承载交互、持续迭代的数字底座以外，我们没有直观逻辑，也没有目标，更没有现成的业务。数字孪生促发的管理创新，倒逼企业弱化自己固有角色，给参与者让出更大的空间。就像智慧高速的数字孪生系统一样，不是企业有多厉害，什么都能规划清楚，而是能够更多地考虑如何把高速路公司等参与者激活，不断玩出“新花样”。高速路公司可以发挥的价值空间大了，其参与性和未来的可能性也就逐渐绽放了。

一个价值闭环模型

数字孪生要求其参与者角色不断变化，大家一起迭代，共同维系数字孪生活跃的价值承载闭环。我们可以把参与者划分为两种角色——“指挥家”与“联动者”。指挥家是价值创造的发起者，联动者则是价值创造的配合者。每一个参与者的角色往往是两者的叠加，在数字孪生纽带作用下在两种角色之间实时转换。KSB对生产和交付的泵进行实时监测与运营维护，扮演的是指挥家的角色，水厂积极配合，是联动者；在泵的使用现场，通过泵的高效运转创造更大经济价值，水厂成为指挥家，KSB则发挥了联动者角色。

如图6所示，在数字孪生作用下，数据实时交互与动态叠加，参与者在“自我-他者”相对参照与相互映射中，并非保持单一的“指挥家”与“联动者”角色，而是以两种角色持续交互与叠加的方式参与其中。随着价值联动的展开，新特征得以持续涌现，原有的价值体系变得立体起来，不断突破价值新空间。“指挥家”与“联动者”得以新生，联动方式得以延展，不断打通物理空间与数字空间的界限。以“生”的方式维系供需“非均衡”的基本常态，通过价值共享与价值共创持续互动，涌现商业新特征、释放价值新空间，这是一个生生不息的过程。

共同构建价值生态圈层

数字孪生不仅是一个技术工具，更是一个包容多方参与的舞台。正如图7所示，在图上面的“价值圈层”中有指挥家、互补者、联动者三个角色。这三个角色对应的主体不是固定的，可能是核心企业，也可能是其上下游的供应商与渠道。一个主体的角色也是不断变化的，这是因为自我与他者的角色转化与相互带动，需要结合 “实体空间”和“数字空间”两个参考系来一起共融。

图7展示了数字孪生价值圈层的内在关系，即价值的底层力量是数字孪生中数据的实时交互与多维叠加，打通实体空间与数字空间的互动，不断涌现与释放的数字联动能量共同构成价值生态圈层。在组织转换身份的过程中，还有可能联动一些原本看似无关的互补者参与到组织价值圈层中。如数字孪生的3D产品配置器就直接把销售人员、用户及其他间接人员带入其中，作为互补者快速参与互动。角色的适时转变，让组织能够与看似不相关的主体交互关联，共同建构生态圈层并使之逐渐放大。

回到智慧高速数字孪生的案例，四川智慧高速公司不能只参照自己的利益，强硬地充当“指挥家”或规则制定者的角色；往后退，让出更大的舞台，新风景会自然涌现。《道德经》中说：“天下之至柔，驰骋天下之至坚。”既可以是一个指挥家，也能顺应别人成为联动者，“美美与共”，释放数字孪生新天地。