數(shù)字孿生體現(xiàn)了軟件、硬件、和物聯(lián)網(wǎng)回饋的機制。運行實體的數(shù)據(jù)是數(shù)字孿生的營養(yǎng)液輸送線。反過來，很多模擬或指令信息可以從數(shù)字孿生輸送到實體，以達(dá)到診斷或者預(yù)防的目的。這是一個雙向進(jìn)化的過程。梳理數(shù)字孿生的十個關(guān)系：
1
數(shù)字孿生與計算機輔助設(shè)計
計算機輔助設(shè)計（Computer Aided Design。CAD）模型是在CAD完工后形成的一種靜態(tài)的數(shù)學(xué)模型，它可以是二維或三維的。在絕大多數(shù)場合中，CAD模型就像象棋里面一個往前沖的小卒；數(shù)字孿生則不同，它與物理實體的產(chǎn)生是步步相連的，實體沒有被制造出來時，也就沒有相對應(yīng)的數(shù)字孿生生成，就像一個放飛在天空中頻頻回頭的風(fēng)箏，兩頭抻著力。
在過去，三維模型在行使作用之后就被工程技術(shù)人員放在計算機文檔里“沉睡”，而數(shù)字孿生是基于高保真的三維CAD模型，被賦予了各種屬性和功能定義（包括材料、感知系統(tǒng)、機器運動機理等）；它的儲存位置為一般圖形數(shù)據(jù)庫，而不是關(guān)系型數(shù)據(jù)庫；它可以回收產(chǎn)品的設(shè)計、制造和運行的數(shù)據(jù)，并將其注入全新的產(chǎn)品設(shè)計模型中，使設(shè)計發(fā)生巨大的變化。
更值得一提的是，因為數(shù)字孿生在前期就可以具備識別異常的功能，從而在尚未生產(chǎn)的時候就能消除產(chǎn)品缺陷，所以用它取代以前昂貴的卻不得不用的原型成為可能甚至現(xiàn)實。根據(jù)IBM的認(rèn)知，數(shù)字孿生體就是物理實體的一個數(shù)字化身，可以演化為萬物互聯(lián)的復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)。它是一個動態(tài)的、有血有肉的、活生生的三維模型?？梢哉f，數(shù)字孿生體是三維模型的進(jìn)階，也是物理原型的超級新替身。
2
數(shù)字孿生與產(chǎn)品全生命周期管理
產(chǎn)品全生命周期管理（Product Lifecucle Management，PLM），雖然號稱為“全周期管理”，但就一個產(chǎn)品的設(shè)計、制造、服務(wù)的全過程而言，制造后期的管理往往戛然而止，導(dǎo)致大量在制造中執(zhí)行的工程狀態(tài)的更新數(shù)據(jù)往往無法返給研發(fā)設(shè)計師。那么產(chǎn)品一旦出廠，它的相關(guān)現(xiàn)狀“無跡可尋”，更無法通過PLM對其進(jìn)行跟蹤。
數(shù)字孿生的出現(xiàn)改變了這種窘態(tài)。它是對物理產(chǎn)品的全程（包括損耗和報廢）進(jìn)行的數(shù)字化呈現(xiàn)，使產(chǎn)品“全生命周期”透明化、自動化的管理概念得以變?yōu)楝F(xiàn)實。這意味著只有在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時代，全生命周期管理才能成為借助數(shù)字孿生、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等眾多技術(shù)和商業(yè)模式合力實現(xiàn)的一個新的盈利模式。
3
數(shù)字孿生與物理實體
從理論上講，數(shù)字孿生可以對一個物理實體進(jìn)行全息復(fù)制。但在實際應(yīng)用中，受企業(yè)對產(chǎn)品服務(wù)的定義深度的限制，它可能只截取了物理實體的一些小小的、動態(tài)的片段，只解決了某個方面的問題，例如，也許只是從一個機器的幾百個零部件中提取幾個來做數(shù)字孿生體。
數(shù)字孿生體與物理實體存在三種映射關(guān)系：
(1) 一對一：一臺機器對應(yīng)一個數(shù)字孿生體。
(2) 一對多：一個數(shù)字孿生體對應(yīng)多個儀表。
(3) 多對一：幾個數(shù)字孿生體對應(yīng)一臺機器。
圖：凱撒空氣壓縮機公司與合作方建立的數(shù)字孿生體
在某些場合，虛擬傳感器可能比實體傳感器更多。如上圖所示，凱撒空氣壓縮機公司不僅售賣空氣壓縮機，還售賣空氣壓力。通過與其他工程設(shè)計軟件公司合作建立的凱撒空氣壓縮機數(shù)字孿生體，可以實現(xiàn)圖標(biāo)與表單數(shù)據(jù)同源。數(shù)字孿生體可以被用來進(jìn)行編程和編譯，通過其對物理實體的控制，優(yōu)化物理實體的狀態(tài)及運營。
4
數(shù)字孿生與賽博物理系統(tǒng)
賽博物理系統(tǒng)（Cyber-Physical System，CPS）是一個包含計算、網(wǎng)絡(luò)和物理實體的復(fù)雜系統(tǒng)，通過3C（Computer、Communication、Control）技術(shù)的有機融合與深度協(xié)作，通過人機交互接口實現(xiàn)與物理進(jìn)程的交互，使賽博空間以遠(yuǎn)征、可靠、實時、安全、協(xié)作和智能化的方式操控一個物理實體。CPS主要用于非結(jié)構(gòu)化的流程自動化，把物理只是與模型整合到一起，通過實現(xiàn)系統(tǒng)的自我適應(yīng)與自動配置，縮短循環(huán)時間，提升產(chǎn)品與服務(wù)質(zhì)量。
數(shù)字孿生與CPS不同，它主要用于物理實體的狀態(tài)監(jiān)控及控制。數(shù)字孿生以流程為核心，CPS以資產(chǎn)為核心。
在數(shù)字孿生與CPS的關(guān)系中有一個對工業(yè)4.0非常重要的支撐概念——資產(chǎn)管理殼（Asset Administration Shell，AAS），它使物理資產(chǎn)有了數(shù)據(jù)描述，實現(xiàn)了與其他物理資產(chǎn)在數(shù)字空間的交互。
資產(chǎn)管理殼是與物理資產(chǎn)相伴相生的軟件層，包括數(shù)據(jù)和界面，是CPS的物理層與賽博層C進(jìn)行交互的重要支撐部分。CPS的關(guān)鍵點在于Cyber，在于控制，在于與物理實體進(jìn)行的交互。從這個意義層面而言，CPS中的物理層P——Physics，必須具有某種可編程性，與數(shù)字孿生體所對應(yīng)的物理實體有著相同的關(guān)系，依靠數(shù)字孿生來實現(xiàn)。在工業(yè)4.0的RAMI4.0概念中，物理實體是指設(shè)備、部件、圖紙文件、軟件等。但是就目前而言，如何實現(xiàn)軟件的數(shù)字孿生，特別是在軟件運行時如何實現(xiàn)映射還是一個尚不明確的問題。
從德國Drath教授研究的CPS三層架構(gòu)與數(shù)字孿生中可以解析出，數(shù)字孿生是CPS建設(shè)的一個重要基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。未來，數(shù)字孿生與資產(chǎn)管理殼可能會融合在一起。但數(shù)字孿生并非一定要用于CPS,有的時候它不是用來控制流程的，而只是用來顯示相關(guān)狀態(tài)的信息。
5
數(shù)字孿生與云端
在Web3.0里有云端的概念。云端軟件平臺采用虛擬化技術(shù)，集軟件搜索、下載、使用、管理、備份等多種功能于一體，為網(wǎng)民搭建軟件資源、軟件應(yīng)用和軟件服務(wù)平臺，改善目前軟件的獲取和使用方式，帶給用戶簡單流暢、方便快捷的全新體驗。一般來說，數(shù)字孿生體是放在云端的。
西門子傾向于將數(shù)字孿生看成是純粹的基于云的資產(chǎn)，因為運行一個數(shù)字孿生需要的計算規(guī)模和彈性都很大。SAP Leonardo平臺從挪威一家軟件公司購買了一款三維軟件，為數(shù)字孿生引入了一個云解決方案——預(yù)防性工程洞察力。采用該方案可以實現(xiàn)對那些從傳感器得來的壓力、張力和材料生效數(shù)據(jù)進(jìn)行評估，從而幫助企業(yè)加強對設(shè)備的洞察。
通用電氣、ANSYS傾向于認(rèn)為數(shù)字孿生體是一個包含邊緣和云計算的混合模型。而美國的一家創(chuàng)新公司則開發(fā)了一套軟件包，建立了直接面向邊緣的數(shù)字孿生。這個數(shù)字孿生與常規(guī)數(shù)字孿生的云端概念的不同之處在于：它是根據(jù)實時進(jìn)入的數(shù)據(jù)經(jīng)過機器學(xué)習(xí)逐漸建立機器失效的概念，整個分析就在邊緣端完成，不需要上傳到網(wǎng)絡(luò)端。可以看出，對于數(shù)字孿生而言，無論是云端還是線下的部署都同等重要。
