数字孪生含义：数字孪生技术指南

什么是数字孪生？

数字孪生是在虚拟环境中复制实体对象、系统或流程的数字模型。它不只是简单的流程图或快照，而是会随着现实对象变化而变化的数据驱动副本。通过将现实世界的数据连接到虚拟模型，您可以监控性能、运行模拟，并在现实世界实施变更前预测结果。

数字孪生的概念起源于航空航天领域，但如今已远不止于此。现在，数字孪生技术支持制造业、医疗、城市规划、能源和业务流程管理。无论您是在建模喷气发动机，还是订单到收款工作流，方法都相同：创建数字副本，将其连接到真实数据，并利用结果做出更好的决策。

数字孪生解决方案如今已得到广泛采用。战略市场研究公司2023年的一项研究发现，约75%的企业在某种程度上使用数字孪生。预计数字孪生市场规模将从2025年的245亿美元增长到2032年的2590亿美元以上。

数字孪生技术简史

数字孪生技术可以追溯到20世纪60年代。当时，NASA建造航天器的实体复制品，在任务执行前模拟各种状态。1970年阿波罗13号危机期间，NASA利用地面模拟器对受损航天器进行建模，并评估救援方案。

2002年，密歇根大学的Michael Grieves博士通过持续的数据交换，将实体产品与其虚拟对应物连接起来，使这一概念得到正式确立。他将其称为“产品生命周期管理”框架。NASA工程师John Vickers于2010年创造了“数字孪生”这一术语。

此后，数字孪生建模从模拟实体硬件，扩展到复制完整的系统和流程，并得到物联网传感器、云计算、AI和模拟引擎的支持。

数字孪生如何工作？

数字孪生在实体与其虚拟副本之间建立持续循环：

1. **数据采集：**从现实世界的对象或流程中收集数据。数据来源可能包括实体设备上的物联网传感器、IT系统中的事件日志，以及ERP、CRM和工作流平台中的运营数据。
2. **虚拟建模：**使用这些数据构建虚拟模型。模型应体现实体对象的结构、行为和规则。对于生产线，这意味着对机器顺序和产能进行建模；对于业务流程，则意味着映射活动、决策点、资源和时间安排。
3. **同步：**数字孪生通过持续或定期的数据更新，与现实世界的来源保持连接。这样，虚拟模型能够与当前状态保持一致，而不是停留在静态快照上。
4. **模拟与分析：**借助最新的虚拟模型，团队可以运行模拟：如果增加资源、删除一个步骤或更换供应商，会发生什么？这些“假设”场景在虚拟环境中运行，不会影响实际运营。
5. **反馈与行动：**数字孪生产生的洞察会反馈到现实世界。团队利用模拟结果决定需要变更的内容，实施改进，并重复这一循环。

数字孪生的类型

数字孪生的范围和详细程度各不相同：

• 组件孪生（也称部件孪生）复制单个部件，例如管道中的一个阀门或工作流中的一个具体步骤。
• 资产孪生对由多个组件组成的完整功能单元进行建模，例如包含阀门、管道和电机的泵系统，或包含步骤、交接和决策点的部门工作流。它们展示组件之间如何交互。
• 系统孪生记录多个资产如何组成更大的系统。生产线、物流网络或跨多个部门的业务流程都属于这一类型。
• 流程孪生提供最广泛的视角。它们对生产设施、供应链或企业运营中完整系统的协同方式进行建模。订单到收款周期的流程孪生会记录从接收订单到收款的每一步，覆盖涉及的所有系统和团队。

**对于业务流程改进，流程孪生是最相关的类型。**它将流程挖掘、流程建模和流程模拟结合起来，为您的运营创建数字孪生。

业务流程中的数字孪生技术

人们通常会将数字孪生与涡轮机、建筑物或车辆等实体资产联系起来，但数字孪生最有价值的应用之一涉及业务流程。每个组织都依赖流程运行，包括订单管理、采购、客户支持、开票、招聘等。这些流程会产生大量数字数据，而这正是数字孪生所需要的。

业务流程数字孪生是组织中工作实际流转方式的虚拟模型。它记录活动的真实顺序、每个步骤所需的时间、涉及的资源以及实际发生的变化。与在研讨会中创建的静态流程图不同，流程数字孪生基于真实数据构建，并可持续更新。

为什么业务流程数字孪生很重要

• **透明度：**了解流程实际如何运行，而不是您认为它应该如何运行。数字孪生能够揭示低效、变通做法和瓶颈。
• **预测：**在实施变更前进行模拟。如果自动化某个步骤、增加一名团队成员或更改一条规则，会发生什么？数字孪生可以让您安全地测试这些场景。
• **持续改进：**随着现实世界的数据流入数字孪生，您可以持续跟踪变更的长期影响。
• **降低风险：**在推广流程变更前，先在虚拟环境中进行测试。

如何构建业务流程的数字孪生

创建业务流程的数字孪生不需要传感器或物联网设备。您只需要数据、模型和模拟引擎。

1. **使用流程挖掘捕获当前流程。**任何流程数字孪生的基础，都是了解工作当前如何开展。流程挖掘从IT系统中提取事件日志数据，包括ERP、CRM、服务台和工作流工具的数据，然后重建真实的流程顺序。它不依赖访谈或假设，而是直接从数据中发现实际路径、变化和时间安排。这就是您的“现状”数字孪生。借助ProcessMind，您可以上传事件数据，立即查看流程的可视化地图，其中包括瓶颈、返工循环和性能指标。
2. **使用BPMN对流程建模。**了解当前流程后，使用流程建模对其进行完善和规范化。BPMN（业务流程模型和标注）是创建清晰、结构化流程图的标准。定义预期顺序，包括活动、网关、决策点和资源分配。将其与挖掘数据结合后，您就能获得完整的数字孪生：在实际流程基础上补充业务规则和结构。ProcessMind在同一界面中整合流程挖掘和建模。请在我们的指南中进一步了解流程建模与流程挖掘的协同价值。
3. **模拟并运行假设场景。**将流程数字孪生连接到流程模拟引擎后，其价值会进一步提升。您是否想了解为瓶颈增加人员、自动化人工审批、更改路由逻辑，或将订单量提高30%会带来什么结果？流程模拟会使用真实的时间分布、资源容量和到达模式，让数千个虚拟流程实例通过模型运行，从而回答这些问题。在实施现实世界的变更前，您可以获得周期时间、吞吐量、资源利用率和成本的量化预测。

数字孪生解决方案：需要关注的核心能力

评估业务流程数字孪生解决方案时，请关注以下能力：

借助ProcessMind，您可以在一个云端工作区中获得以上全部能力。查看我们的功能和价格。

数字孪生的实际应用

数字孪生技术已应用于众多行业。以下是一些典型应用：

制造业

制造商使用数字孪生模拟生产线、优化布局、预测设备故障并减少浪费。工厂车间的数字孪生可以在进行实体变更前，测试新设备、调整生产顺序或采用不同班次模式的影响。

供应链与物流

供应链数字孪生对采购、生产、仓储和配送环节的货物流转进行建模，帮助组织预判中断、优化库存，并评估备选供应商或路线。

医疗健康

医院使用数字孪生优化患者流转、人员排班和资源分配。在临床环境中，面向具体患者的数字孪生可以帮助团队在实施治疗方案前进行模拟。

城市规划与智慧城市

城市规划者构建城市环境的数字孪生，用于模拟交通模式、基础设施变更和环境影响。这些模型使用物联网传感器的实时数据，持续反映城市状态。

能源与公用事业

能源企业使用数字孪生监控并优化风电场、电网和可再生能源设施。

业务流程优化

任何组织都可以为核心业务流程创建数字孪生，包括从订单到收款、从采购到付款、客户入职和IT服务管理。

数字孪生与模拟、流程模型的区别

这些概念密切相关，但彼此不同：

流程模型是蓝图，模拟是引擎，数字孪生则是完整系统：模型＋真实数据＋模拟＋持续反馈。

为业务流程构建数字孪生的价值

流程数字孪生可以带来多项切实价值：

• **更快决策：**借助基于模拟的假设分析，在几分钟内测试想法，而不是等待数月。
• **降低风险：**在投入实际资源前，先在虚拟环境中验证流程变更。
• **提高效率：**发现并消除瓶颈、返工和浪费。
• **优化资源分配：**模拟人员配置场景，找到成本与性能之间的合理平衡。
• **持续改进：**使用最新数据更新数字孪生，跟踪进展并及时调整。
• **跨职能协同：**共享的可视化数字孪生有助于各部门团队了解工作如何端到端流转。

根据Hexagon于2025年开展的一项调查，部署数字孪生的组织回报率超过10%，其中超过半数的组织实现了至少20%的投资回报率。

如何开始构建您的首个流程数字孪生

构建流程数字孪生不需要高额预算或专门的数据科学团队。您可以按以下步骤开始：

1. **选择流程：**选择一个影响大、数据丰富的流程，例如订单到收款、采购或客户支持。
2. **导出数据：**从系统中提取事件日志数据。大多数ERP、CRM和工作流工具都可以导出包含案例ID、时间戳和活动名称的CSV或XLSX文件。
3. **上传并发现：**使用ProcessMind等流程挖掘工具上传数据，自动发现真实的流程顺序。
4. **完善模型：**使用BPMN建模，对发现的流程进行清理、注释和结构化。
5. **模拟场景：**运行假设模拟，测试增加资源、自动化步骤或更改路由规则等改进方案。
6. **采取行动并迭代：**实施最有前景的变更，然后将新数据反馈到数字孪生中，以跟踪结果并持续改进。

数字孪生技术的未来

数字孪生技术正在快速发展。以下趋势将塑造其未来：

• **AI驱动的数字孪生：**生成式AI和机器学习让数字孪生更加强大，支持自动异常检测、预测性优化以及通过自然语言与孪生模型交互。
• **数字孪生即服务（DTaaS）：**基于云的数字孪生平台降低了使用门槛，使各种规模的组织无需大量基础设施投入即可部署数字孪生。
• **流程级数字孪生：**随着更多组织实现工作流数字化，流程数字孪生正成为运营卓越的重要工具，其应用范围也从实体资产扩展到业务流程。
• **互联的数字孪生生态：**覆盖产品、流程、供应链和设施的多个数字孪生正在互联，为企业提供端到端可视性。

随着数字孪生变得更易使用、更加聚焦流程，任何组织都可以利用这项技术持续改进并获得竞争优势。

ProcessMind的定位

ProcessMind专为创建业务流程数字孪生而设计。它在一个云平台中整合流程挖掘、流程建模和流程模拟：

• 发现真实数据所反映的流程实际运行方式
• 建模使用BPMN设计理想流程
• 模拟通过假设分析模拟变更并预测结果
• 监控并持续改进流程

无需传感器或复杂集成。上传数据，即可开始构建流程数字孪生。

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