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“多態”是面向對象編程中一個重要的概念，按字面的意思就是“多種狀態”，指同一個實體同時具有多種形式。簡單的說，在面向對象語言中，多態就是允許將父對象設置成為一個或更多的他的子對象相等的技術，賦值之后，父對象就可以根據當前賦值給它的子對象的特性以不同的方式運作。

數字孿生系統由真實物理系統、數字孿生體和數據交互三部分組成。數字孿生體無論它是多復雜還是多簡單，其本質還是一個軟件。在數字孿生系統開發中多態就是一個繞不開的概念。但本文所講的多態是指數字孿生體的多態，它是指站在系統的角度看，數字孿生體對象與其模型之間所存在的一對多的關系，是服務的多態。

1.數字孿生系統

正如上面所說，簡單地講，數字孿生系統由真實物理系統、數字孿生體和數據交互三部分組成，如下圖所示。數字孿生系統根據在不同領域的應用，如企業、城市、軍事等領域，在系統基本邏輯結構圖的基礎上，進一步細化形成各自的數字孿生系統結構圖，例如對于制造過程，真實物理系統可以進一步細化為人員、工具、材料、流程、環境、設備、產品等要素，數字孿生體建立相對應人員、工具、材料、流程、環境、設備、產品等的數字孿生體，并進一步集合形成制造過程數字孿生體，如下圖所示。

圖 1 數字孿生系統的主要結構示意圖

2.數字孿生體開發過程的多態

在數字孿生系統（體）的實現過程中，離不開軟件系統一般的實現過程、技術和邏輯，因此，在數字孿生體系統中，也存在一般類似軟件架構理論、技術和過程的體系，如建模管理、仿真服務、數據管理等基礎功能和數字孿生體實現體系和基礎性功能平臺，如下圖所示：

圖 2 數字孿生系統管理功能示意

整個數字孿生體的建設過程類似于當前工業互聯網平臺中的建設邏輯，由物理實體抽象建立物理實體的模型、由物理實體的模型進化為物理實體的數字孿生體、由物理實體的數字孿生體集合形成物理系統的數字孿生體，如下圖所示：

圖 3 數字孿生系統與工業互聯網模型建設過程概念比較圖

從軟件開發角度看，各數字孿生體的設計開發總會沿著一個綜合抽象建模到數字孿生體開發實現的過程。以人員為例，首先從人員A、人員B、……個性化的個性，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，建立員工的數理化模型，在數字孿生體設計開發中，又逐步衍生泛化出崗位A數字孿生體、崗位B數字孿生體、……，有可能進一步泛化到人員A數字孿生體、人員B數字孿生體、……，并在制造過程數字孿生體中進行實例化的應用，如下圖所示：

圖 4 數字孿生體的抽象與泛化

對于一個企業的制造過程數字孿生體來講，人員數字孿生體如此，工具、材料、設備、產品、流程無不如此，在制造過程數字孿生體中，總是存在若干個代表不同真實物理實體，經過賦予個性化特征，又源于同一機理模型和父類數字孿生體的數字孿生體。

整個制造過程的數字孿生體構成一個龐大的數字孿生體群，加之代表在各子數字孿生體形成系統過程所涌現的新特征的數字孿生體，形成完整的制造過程的數字孿生體。對于上級的數字孿生體，可以認為下層的數字孿生體對上層的提供一種服務，即數字孿生體即服務（DT as a Service）。

3.數字孿生體系統的組織構型

對于像制造過程數字孿生體這樣的復雜系統數字孿生體來講，其中各組成部分的子數據孿生體，既要與真實物理實體相對應，形成數字孿生對，又與其它數字孿生體相互作用，形成一個群落，借用美國國防部建模與仿真辦公室的仿真系統名詞，可以叫“聯邦”，如下圖所示。

圖 5 從系統論角度看數字孿生系統

從軟件系統功能組織和運行角度講，制造過程數字孿生體除了上述的各組成部分的數字孿生體外，還需要一個核心的數字孿生體管理功能，正如面向服務框架（ESB）或美軍最新的仿真聯邦模型體系結構圖中的三個網絡總線一樣，如下圖，最終數字孿生系統結構可能如下圖所示。

圖 6 美軍JLVC仿真模型體系結構圖

圖 7 數字孿生體系統功能結構圖示意

4.數字孿生體系統運行過程中的多肽

俗話講“因為，所以科學道理”，它講的就是世界的因果聯系。正如當前人們經常講的美國社會問題和中國歷史上200年的朝代更迭規律一樣，朝代的更迭具有其內在的因果聯系。在新朝建立之初社會利益得到重新分配，朝廷得到公眾的支持；經過一段時間，統治階層形成利益群體，底層公眾得不到實質性好處變得麻木；再往后，統治階層進一步鞏固和擴大其利益，底層公眾利益得不到保護，不再支持朝廷；最后，統治階層瘋狂掠奪利益，底層公眾利益受到極大傷害，反對朝廷，實現朝代更迭。統治階層掠奪利益的因造就朝代更迭的果，如下圖。世間萬物的發生發展總存在這樣一個內在因果關系，對于經濟社會發展、軍事行動、以及企業運營這類的無法進行預演的系統來講，仿真系統和數字孿生系統建設的一個重要目的就是進行未來推演，這也就是這類數字孿生系統建設必須能夠實現超實時（系統運行時間小于日歷時間），這一要求的根本原因所在。

圖 8 朝代更迭因果關系示意圖

正是這種因果關系的存在，才使世界的未來是可以預測的。這也正是不確定性、可靠性、風險管理等學科研究的重要依據和基礎。正是基于風險管理，挪威船級社提出了一個概率論數字孿生概念模型，用于進行風險管理和預測，如下圖所示。根據概率論知識，對于一個系統的未來預期收益可以認為是不同結果收益與其發生概率的累加和，即圖片。

圖 9 挪威船級社基于概率數字孿生概念結構圖

如果我們給定數字孿生體不同的初始條件，則可以產生不同的預期收益值和概率。通過數字孿生體的運行，就可以推演真實物理世界在不同條件的發展狀態和預期收益。通過比較不同給定條件下的未來預期總收益，就可以確定最佳的未來運行方案，并得出目前應該給定的輸入條件。應對這種需要時，數字孿生體就會同時出現不同給定條件的運行狀態，即運行時期多態。

后記

本文所分析和闡述的數字孿生體的多態概念和技術方法，主要是基于個人對數字孿生系統（體）的理解和應用提出了僅屬于作者個人的觀點，主要目的也是引起數字孿生系統（體）的設計開發人員的關注，以防止出現在項目后期發生遺漏和缺憾，從而限制了數字孿生系統（體）的應用和能力的發揮。

本文所講理念和思路也許在本人不知道的地方，早已有行業大家應用其它的概念和理論解決了相關的問題，給出了詳盡可行的解決方案，那本文就當是拾人牙慧吧！