数字孪生——即现实世界物体或系统的虚拟呈现——使制造商能够进行测试，并如同在真实场景中测试一般获取经验。
目前，制造商对数字孪生的应用大多集中于改进生产流程或可持续发展。
随着数字孪生逐步成熟，制造商应将生产与可持续发展指标纳入单一数字孪生，以充分发挥该模型的全部价值。
尽管数字孪生并非新技术，但其作为现实世界物体或系统的虚拟呈现，对推动第四次工业革命至关重要。从一辆汽车到一座城市，其规模各异；持续的实时数据与反馈回路可确保数字孪生是准确的虚拟呈现。这使制造商能够利用数字孪生，并如同在现实世界中测试一般获取经验。
目前，制造商将数字孪生用于多种用途，其中最常见的是改进生产流程或可持续发展。生产型数字孪生可通过节约成本和提高效率来改善制造。这些应用往往会产生积极但常被忽视的附带效应。新提升的运营效率往往会减少能源和水的消耗、废弃物和排放，从而降低环境足迹。同样，尽管可持续发展型数字孪生并非主要目标，但它们也可带来成本节约并提高效率。
将生产型数字孪生与可持续发展型数字孪生视为相互独立的实体，对制造商而言是一个错失的机遇。若未能纳入生产的各个方面，模型便不完整。随着数字孪生逐步成熟，制造商应将生产与可持续发展指标纳入单一数字孪生，以充分发挥该模型的全部价值。
什么是数字孪生？
数字孪生可被描述为一种信息镜像模型，或对现实世界系统的精确三维虚拟呈现。数字孪生通常可模拟“孪生体”在各种情境下的表现，识别运营瓶颈，并将预期结果与实时生产进行比较。
数字孪生接收来自监测现实世界孪生体的各类传感器的数据。例如，在制造环境中，传感器可测量各类信息，如性能产出（钻孔数量、能耗等）或环境信息（例如天气状况）。随后，借助机器学习和人工智能（AI）对这些信息进行分析。
数字孪生系统的优势在于，它能够实现持续改进：现实孪生体将数据输入数字孪生，数字孪生则识别需改进之处并提供解决方案。这些建议随后被采纳，周期再次开始。日立的数字孪生解决方案便是一个典型范例：其制造基地的每台机器均配有一个数字孪生，并持续接收数据流。数字孪生使工厂能够及早且频繁地发现问题，防止更严重问题的出现。
数字孪生的另一应用领域是汽车行业。宝马已对其众多工厂进行了数字化改造，并创建了BMW iFACTORY，这是一款数字工具，外观类似于谷歌街景地图。据宝马介绍，该数字孪生促进了各工厂之间的国际协作。生产团队可借助BMW iFactory访问全球任一工厂，获取车间的量化数据并比较最佳实践。
制造业中的数字孪生：生产与可持续发展之争
全球众多制造商利用数字孪生提升生产效率。世界经济论坛“全球灯塔网络”（GLN）近期发布的一份白皮书由世界经济论坛的全球灯塔网络（GLN）重点介绍了在数字化转型中走在前列的工厂。其中许多工厂均强调，以流程为核心的数字孪生是取得成功的关键推动因素。
一个例子是韩国昌原市的LG电子工厂。该工厂将其装配线可视化仿真工具转变为数字孪生，通过每30秒更新一次的方式，将实时生产数据持续整合至系统中。结果，其生产率提升17%，产品质量提升70%，能耗降低30%。
另一个例子是宝洁位于中国广州的工厂。该工厂利用数字孪生改善仓储运营。在三年时间内，数字孪生实现了99.9%的准时交付率，库存减少30%，物流成本降低15%。
世界经济论坛如何助力构建更具韧性的供应链？
先进制造与供应链中心汇聚来自商界、政府及民间社会的领导者，共同理解正在重塑制造业和全球价值链的各种变化。该中心为探讨在日益复杂的全球经济中实现韧性、可持续性与竞争力提供了一个值得信赖的交流平台。
通过促进跨行业、跨地区的协作与共识，该中心帮助合作伙伴确定切实可行的路径，以共同适应变化、推动创新并强化供应链。
上述案例以及其他诸多生产型数字孪生项目，都忽视了可持续发展这一附带效应。新提升的运营效率可减少能源消耗和废弃物，从而降低环境足迹。如前所述，LG电子工厂将能耗降低了30%，而宝洁工厂则将库存减少了30%。这些数字标志着资源消耗的大幅下降，使其生产流程更具可持续性。
据“无借口”框架介绍，施耐德电气利用数据优化能源管理（-25%）、减少材料浪费（-17%）并降低二氧化碳排放（-25%）。在数字孪生助力施耐德电气实现2025年净零排放目标的同时，它也更具成本效益，并能创造更高效的流程。
展望未来：单一数字孪生
在2022年接受世界经济论坛专访时，施耐德电气首席执行官Peter Herweck表示：“当数字化与可持续发展相互协调时，有效整合二者将推动更深入、更广泛的变革。”
数字孪生的设计也需秉持同样的理念。数字孪生基于预设的指标和目标得出解决方案。通过将流程效率与可持续发展作为首要指标，所识别的问题和提出的改进建议将产生更为全面的影响。
尽管数量尚少，这种兼顾双重目标的数字孪生并非未来才有的构想。马来西亚槟城的西部数据已利用数字孪生打造了“熄灯自动化”系统。“熄灯制造”即系统在无照明条件下运行，通过整合可持续发展与效率目标，全面改变了整个流程。在过去四年中，该工厂的复合年增长率（CAGR）达到43%，而熄灯自动化使能耗降低了41%。
可持续发展与生产效率相辅相成。若未能将各方面纳入数字孪生模型，便会形成不完整的数字图景，并阻碍持续改进。若将可持续发展或效率视为副产品而非结果，相关信息便无法输入模型，因此也无法基于这些洞见推动进一步改进。随着数字孪生逐步成熟，可持续发展与生产效率应被视为复杂系统中的有机组成部分，或视为工业元宇宙的核心组成部分。
Veronique Adenis，世界经济论坛先进制造与供应链项目研究员， 为本文作出了贡献。
