“多態(tài)”是面向?qū)ο缶幊讨幸粋€(gè)重要的概念，按字面的意思就是“多種狀態(tài)”，指同一個(gè)實(shí)體同時(shí)具有多種形式。簡(jiǎn)單的說(shuō)，在面向?qū)ο笳Z(yǔ)言中，多態(tài)就是允許將父對(duì)象設(shè)置成為一個(gè)或更多的他的子對(duì)象相等的技術(shù)，賦值之后，父對(duì)象就可以根據(jù)當(dāng)前賦值給它的子對(duì)象的特性以不同的方式運(yùn)作。
數(shù)字孿生系統(tǒng)由真實(shí)物理系統(tǒng)、數(shù)字孿生體和數(shù)據(jù)交互三部分組成。數(shù)字孿生體無(wú)論它是多復(fù)雜還是多簡(jiǎn)單，其本質(zhì)還是一個(gè)軟件。在數(shù)字孿生系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中多態(tài)就是一個(gè)繞不開(kāi)的概念。但本文所講的多態(tài)是指數(shù)字孿生體的多態(tài)，它是指站在系統(tǒng)的角度看，數(shù)字孿生體對(duì)象與其模型之間所存在的一對(duì)多的關(guān)系，是服務(wù)的多態(tài)。
1.數(shù)字孿生系統(tǒng)
正如上面所說(shuō)，簡(jiǎn)單地講，數(shù)字孿生系統(tǒng)由真實(shí)物理系統(tǒng)、數(shù)字孿生體和數(shù)據(jù)交互三部分組成，如下圖所示。數(shù)字孿生系統(tǒng)根據(jù)在不同領(lǐng)域的應(yīng)用，如企業(yè)、城市、軍事等領(lǐng)域，在系統(tǒng)基本邏輯結(jié)構(gòu)圖的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步細(xì)化形成各自的數(shù)字孿生系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，例如對(duì)于制造過(guò)程，真實(shí)物理系統(tǒng)可以進(jìn)一步細(xì)化為人員、工具、材料、流程、環(huán)境、設(shè)備、產(chǎn)品等要素，數(shù)字孿生體建立相對(duì)應(yīng)人員、工具、材料、流程、環(huán)境、設(shè)備、產(chǎn)品等的數(shù)字孿生體，并進(jìn)一步集合形成制造過(guò)程數(shù)字孿生體，如下圖所示。
圖1數(shù)字孿生系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)示意圖
2.數(shù)字孿生體開(kāi)發(fā)過(guò)程的多態(tài)
在數(shù)字孿生系統(tǒng)（體）的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，離不開(kāi)軟件系統(tǒng)一般的實(shí)現(xiàn)過(guò)程、技術(shù)和邏輯，因此，在數(shù)字孿生體系統(tǒng)中，也存在一般類(lèi)似軟件架構(gòu)理論、技術(shù)和過(guò)程的體系，如建模管理、仿真服務(wù)、數(shù)據(jù)管理等基礎(chǔ)功能和數(shù)字孿生體實(shí)現(xiàn)體系和基礎(chǔ)性功能平臺(tái)，如下圖所示：
圖2數(shù)字孿生系統(tǒng)管理功能示意
整個(gè)數(shù)字孿生體的建設(shè)過(guò)程類(lèi)似于當(dāng)前工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)中的建設(shè)邏輯，由物理實(shí)體抽象建立物理實(shí)體的模型、由物理實(shí)體的模型進(jìn)化為物理實(shí)體的數(shù)字孿生體、由物理實(shí)體的數(shù)字孿生體集合形成物理系統(tǒng)的數(shù)字孿生體，如下圖所示：
圖3數(shù)字孿生系統(tǒng)與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)模型建設(shè)過(guò)程概念比較圖
從軟件開(kāi)發(fā)角度看，各數(shù)字孿生體的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)總會(huì)沿著一個(gè)綜合抽象建模到數(shù)字孿生體開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)的過(guò)程。以人員為例，首先從人員A、人員B、……個(gè)性化的個(gè)性，逐步抽象出不同崗位的綜合性特征，崗位A、崗位B、…….，最后形成員工的綜合性特征，建立員工的數(shù)理化模型，在數(shù)字孿生體設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)中，又逐步衍生泛化出崗位A數(shù)字孿生體、崗位B數(shù)字孿生體、……，有可能進(jìn)一步泛化到人員A數(shù)字孿生體、人員B數(shù)字孿生體、……，并在制造過(guò)程數(shù)字孿生體中進(jìn)行實(shí)例化的應(yīng)用，如下圖所示：
圖4數(shù)字孿生體的抽象與泛化
對(duì)于一個(gè)企業(yè)的制造過(guò)程數(shù)字孿生體來(lái)講，人員數(shù)字孿生體如此，工具、材料、設(shè)備、產(chǎn)品、流程無(wú)不如此，在制造過(guò)程數(shù)字孿生體中，總是存在若干個(gè)代表不同真實(shí)物理實(shí)體，經(jīng)過(guò)賦予個(gè)性化特征，又源于同一機(jī)理模型和父類(lèi)數(shù)字孿生體的數(shù)字孿生體。
整個(gè)制造過(guò)程的數(shù)字孿生體構(gòu)成一個(gè)龐大的數(shù)字孿生體群，加之代表在各子數(shù)字孿生體形成系統(tǒng)過(guò)程所涌現(xiàn)的新特征的數(shù)字孿生體，形成完整的制造過(guò)程的數(shù)字孿生體。對(duì)于上級(jí)的數(shù)字孿生體，可以認(rèn)為下層的數(shù)字孿生體對(duì)上層的提供一種服務(wù)，即數(shù)字孿生體即服務(wù)（DT as a Service）。
3.數(shù)字孿生體系統(tǒng)的組織構(gòu)型
對(duì)于像制造過(guò)程數(shù)字孿生體這樣的復(fù)雜系統(tǒng)數(shù)字孿生體來(lái)講，其中各組成部分的子數(shù)據(jù)孿生體，既要與真實(shí)物理實(shí)體相對(duì)應(yīng)，形成數(shù)字孿生對(duì)，又與其它數(shù)字孿生體相互作用，形成一個(gè)群落，借用美國(guó)國(guó)防部建模與仿真辦公室的仿真系統(tǒng)名詞，可以叫“聯(lián)邦”，如下圖所示。
圖5從系統(tǒng)論角度看數(shù)字孿生系統(tǒng)
從軟件系統(tǒng)功能組織和運(yùn)行角度講，制造過(guò)程數(shù)字孿生體除了上述的各組成部分的數(shù)字孿生體外，還需要一個(gè)核心的數(shù)字孿生體管理功能，正如面向服務(wù)框架（ESB）或美軍最新的仿真聯(lián)邦模型體系結(jié)構(gòu)圖中的三個(gè)網(wǎng)絡(luò)總線(xiàn)一樣，如下圖，最終數(shù)字孿生系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可能如下圖所示。
圖6美軍JLVC仿真模型體系結(jié)構(gòu)圖
圖7數(shù)字孿生體系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖示意
4.數(shù)字孿生體系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的多肽
俗話(huà)講“因?yàn)椋钥茖W(xué)道理”，它講的就是世界的因果聯(lián)系。正如當(dāng)前人們經(jīng)常講的美國(guó)社會(huì)問(wèn)題和中國(guó)歷史上200年的朝代更迭規(guī)律一樣，朝代的更迭具有其內(nèi)在的因果聯(lián)系。在新朝建立之初社會(huì)利益得到重新分配，朝廷得到公眾的支持；經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，統(tǒng)治階層形成利益群體，底層公眾得不到實(shí)質(zhì)性好處變得麻木；再往后，統(tǒng)治階層進(jìn)一步鞏固和擴(kuò)大其利益，底層公眾利益得不到保護(hù)，不再支持朝廷；最后，統(tǒng)治階層瘋狂掠奪利益，底層公眾利益受到極大傷害，反對(duì)朝廷，實(shí)現(xiàn)朝代更迭。統(tǒng)治階層掠奪利益的因造就朝代更迭的果，如下圖。世間萬(wàn)物的發(fā)生發(fā)展總存在這樣一個(gè)內(nèi)在因果關(guān)系，對(duì)于經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、軍事行動(dòng)、以及企業(yè)運(yùn)營(yíng)這類(lèi)的無(wú)法進(jìn)行預(yù)演的系統(tǒng)來(lái)講，仿真系統(tǒng)和數(shù)字孿生系統(tǒng)建設(shè)的一個(gè)重要目的就是進(jìn)行未來(lái)推演，這也就是這類(lèi)數(shù)字孿生系統(tǒng)建設(shè)必須能夠?qū)崿F(xiàn)超實(shí)時(shí)（系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間小于日歷時(shí)間），這一要求的根本原因所在。
圖8朝代更迭因果關(guān)系示意圖
正是這種因果關(guān)系的存在，才使世界的未來(lái)是可以預(yù)測(cè)的。這也正是不確定性、可靠性、風(fēng)險(xiǎn)管理等學(xué)科研究的重要依據(jù)和基礎(chǔ)。正是基于風(fēng)險(xiǎn)管理，挪威船級(jí)社提出了一個(gè)概率論數(shù)字孿生概念模型，用于進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)管理和預(yù)測(cè)，如下圖所示。根據(jù)概率論知識(shí)，對(duì)于一個(gè)系統(tǒng)的未來(lái)預(yù)期收益可以認(rèn)為是不同結(jié)果收益與其發(fā)生概率的累加和，即圖片。
圖9挪威船級(jí)社基于概率數(shù)字孿生概念結(jié)構(gòu)圖
如果我們給定數(shù)字孿生體不同的初始條件，則可以產(chǎn)生不同的預(yù)期收益值和概率。通過(guò)數(shù)字孿生體的運(yùn)行，就可以推演真實(shí)物理世界在不同條件的發(fā)展?fàn)顟B(tài)和預(yù)期收益。通過(guò)比較不同給定條件下的未來(lái)預(yù)期總收益，就可以確定最佳的未來(lái)運(yùn)行方案，并得出目前應(yīng)該給定的輸入條件。應(yīng)對(duì)這種需要時(shí)，數(shù)字孿生體就會(huì)同時(shí)出現(xiàn)不同給定條件的運(yùn)行狀態(tài)，即運(yùn)行時(shí)期多態(tài)。
后記
本文所分析和闡述的數(shù)字孿生體的多態(tài)概念和技術(shù)方法，主要是基于個(gè)人對(duì)數(shù)字孿生系統(tǒng)（體）的理解和應(yīng)用提出了僅屬于作者個(gè)人的觀(guān)點(diǎn)，主要目的也是引起數(shù)字孿生系統(tǒng)（體）的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)人員的關(guān)注，以防止出現(xiàn)在項(xiàng)目后期發(fā)生遺漏和缺憾，從而限制了數(shù)字孿生系統(tǒng)（體）的應(yīng)用和能力的發(fā)揮。
本文所講理念和思路也許在本人不知道的地方，早已有行業(yè)大家應(yīng)用其它的概念和理論解決了相關(guān)的問(wèn)題，給出了詳盡可行的解決方案，那本文就當(dāng)是拾人牙慧吧！
