現今，國內外政治和經濟格局錯綜復雜，國內外市場競爭激烈、產業鏈大規模轉移、產業格局瞬息萬變、技術迭代層出不窮、商業模式日新月異，所有這一切都促進國內企業快速向數字化轉型邁進。企業智能化轉型的急迫性既來自于行業競爭，也來自于人口等因素，如何更有效地融合各種技術來快速增強企業的業務能力，提升企業的盈利水平，是企業在實施智能化改造中首先要關注的內容；能否有效融合同類企業的成功實施經驗的同時，又針對本企業特點形成獨特利潤優勢是衡量實施技術的一個關鍵指標。規劃企業智能化提升需要綜合各方面的因素，從體系層面考量和規劃，對關鍵系統進行業務和技術的對照分析，這也正是數字孿生現在能夠為國內外企業所接受并在項目中實踐的主要原因。

企業實施智能化項目的過程中，數字孿生逐漸為企業所認知和接受。作為多種技術的綜合體，其為實際業務決策提供真實可靠的科學依據，并帶來客觀收益。數字孿生在復雜系統和裝備上的優勢從其產生和發展中可見一斑。

數字孿生技術最早在1969年被NASA應用于阿波羅計劃中，用于構建航天飛行器的孿生體，反映航天器在軌工作狀態，輔助緊急事件的處置。

2002年，密歇根大學專家教授Dr.MichaelGrieves在發布的一篇文章中第—次明確提出了定義（見下圖）。他認為，根據物理設備的數據信息，能夠在虛擬空間搭建一個定性分析的虛擬實體和子系統，這類關聯并不是單向和靜態的，而是關聯整個產品生命周期。發展多年，現在一般理解為一種集成多物理、多尺度、多學科屬性，具有實時同步、真實映射、高保真度特性，能夠實現物理世界與數字世界深度交互與融合的綜合性、多領域、跨學科方法和技術。從解決問題的層級上來看，針對復雜設備，數字孿生已經囊括了組件級、部件級、系統級到體系層級；面對城市管理，數字孿生不僅能夠具象到個人，而且能夠到社區、街道、市區、城市等不同層級。這樣，數字孿生不僅從時間維度貫穿了整個對象的全壽命周期，而且從組成維度囊括了各個關鍵部分，并將其放入到體系中進行統一的規劃和驗證，如此，才能夠真正實現存在于現實世界中的物理實體與活動在虛擬世界中的數字孿生體的靜態和動態的真實映射，數字孿生體所產生的各類反饋和控制信息才能為物理實體所接受。

數字孿生體依靠體系生存在虛擬世界之中，不存在脫離關系而獨立存在的個體的數字孿生體，否則其必然是靜態而無機能的虛擬個體。一個真正的有活力的數字孿生體應該是以體系的理念進行構建，以各類模型作為載體，以靜態和動態特點作為呈現的一個綜合關系體。所以說，數字孿生體是體系（system of systems，SoS）概念的真實體現，體系概念的提出可以追溯到20世紀50年代。體系概念是對系統思想的延伸、拓展與創新，呈現了更高級別、更廣范圍、更加多元的視角，闡述了獨立系統之間、諸多系統與所處環境之間的復雜關系、相互作用及深刻影響。就我國而言，從古至今，天人合一的理念，系統和體系的概念一直運用在實際的生產和生活中，中國航天之父、功勛科學家錢學森在開創我國航天事業的過程中，同時也開創了一套既有普遍科學意義又有中國特色的系統工程管理方法與技術，1982年出版的《論系統工程》中指出系統工程是組織管理系統的規劃、研究、設計、制造、試驗和使用的科學方法，是一種對所有系統都具有普遍意義的科學方法，首先提出新的系統分類，將系統分為簡單系統、簡單巨系統、復雜巨系統和特殊復雜巨系統。

至今，體系框架的運用已經比較成熟，體系結構框架最著名和影響最大的是“扎克曼框架（Zachman framework）”，其將組織結構聚焦于“5W1H”，將是什么（what）、如何做（how）、在哪做（where）、誰來做（who），何時做（when）以及為什么（why）作為一個整體進行考量，同時提出用6種不同的視角來觀察系統，即規劃者、擁有者、設計者、實現者、建設者和使用者，見下圖：

扎克曼框架給出了體系結構設計的經典方法，當前流行的體系結構框架，如美國國防部發布的體系結構框架（DoDAF）（見下圖）、英國國防部發布的體系結構框架（MODAF）、國際開放組織發布的體系結構框架（TOGAF）等，其關鍵思想、流程和方法都可認為源自扎克曼框架。

扎克曼框架遵循經典管理科學思想，屬于典型的分析-綜合-評估三段式過程管理，橫向是分析的視角，縱向是分析的內容，將所有因素與過程綜合在一起形成最終的設計方法論。

體系化構建的數字孿生體能夠有機融合云計算、大數據、人工智能等多種技術，在工業領域體現出了蓬勃的生機，在產品全壽命周期上，覆蓋了研發設計、生產制造、使用運維各個階段；在產品構成上，從單個的個體組件到各個重要系統再到產品各個周期中所處的體系；從建模方法上，綜合運用混合建模的方法，將機理建模、仿真建模、數據建模合理運用，構建體系化的數字孿生體主要目的就是為實際業務決策提供科學依據，對當前狀態進行準確評估，對已發生問題的診斷，并對未來趨勢進行預測，通過虛擬的數字孿生體協助用戶提升決策準確性，提升盈利水平。

數字孿生體實驗室原創 作者：元數創能