可持续发展日益主要
可持续性正日益成为未来工业生产的固有寻衅。资源开采和气候变革带来的双重压力，让企业面临越来越大的可持续发展寻衅。
资源开采
自从工业化开始及与之干系的人口增长以来，资源开采成倍增长。过去几个世纪中人们不负任务地过度开采，导致许多自然资源已经短缺，例如白银和锑。过去30年，环球资源花费翻了一番，总增长率达到118%。按此趋势，这一数字到2050年将翻一番。
景象变革
按照目前的速率，2030年至2052年间，环球变暖可能会达到《巴黎协定》中商定的1.5°C限定。因此，联合国2016年宣告了17项SDG（可持续发展目标），个中SDG12是可持续生产和消费，这一目标旨在到2030年实现自然资源的可持续管理和有效利用，并通过预防、减少、回收和再利用显著减少废弃物产生。
数字孪生技能的浸染
由于数字化和智能技能的大规模集成，行业正在发生重大变革。此类技能具有使物理实体可寻址、可编程、可通信、可感知和可追踪的潜力。许多研究职员强调他们有效履行可持续生产的能力，尤其是制造系统中物理实体的虚拟展示受到数字孪生技能的影响，被认为具有主要的可行性。因此，最近的一些研究将常日与可持续性干系的现有方法和思维模式与数字孪生观点联系起来，并概述了微不雅观经济运用的技能寻衅。这些自下而上方法的最新案例基于一种缺点的假设，那便是对可持续生产有统一的理解，在此根本上形成的原则和方法工具包只能反响片面的内容，而不能确保知足可持续性的紧张目标（即环境保护）。
然而，目前工业标准化开始将这些不充分假设转化为新标准。例如，DIN（德国标准协会）的工业4.0标准化路线图哀求AAS（资产管理壳，由许多子模型组成，可以描述特定资产的所有信息和功能，有助于实现工业4.0的数字孪生场景，并在不同供应商的办理方案之间实现更好的协同并建立操作性）适用于包含可持续性数据并在产品生命周期结束时供应，用于有效处置或回收。
在关于数字孪生在可持续生产背景下的浸染的剖析中，虽然自下而上的内容揭橥越来越多，但自上而下的方法尚未提出。因此只管可持续性是未来生产的一个关键成分，但它并没有终极定义，以便在技能上适用。以是评估数字孪生对可持续生产的贡献的现有（自下而上）方法没有从当代的角度全面考虑。为了在可持续生产的意义年夜将 DT 的技能发展勾引到适当的方向，须要进一步（自上而下）的视角。
可持续性基线
虽然可持续性基线的根源可以追溯到早期的古代和18世纪的欧洲林业，但本日普遍接管的可持续性定义是由布伦特兰委员会于1987年制订的。它将可持续发展描述为一种使当代人能够知足其需求而又不剥夺后代人这种可能性的发展。
可持续性是一种纯粹以人类为中央的方法，它将自然环境从属于人类生存的目的，它的保存只为社会福利做事。然而，人们仍不清楚须要保护何种自然环境状态才能知足这一哀求。
虽然长期以来人们对地球的生产能力没有明确的一存问见，但RockströM.人提出了PB（行星边界）的观点，现在是公认的最有希望的阐明。他们确定了九个对坚持当今生态系统做事至关主要的地球系统过程。该研究还确定了阈值，如果超过该阈值，可能会产生不可接管的环境变革。
Rockström等人提出的PB观点图。
生产环境中的数字孪生根本
数字孪生的观点首次涌现于2003年Grieves教授在美国密歇根大学的产品全生命周期管理课程上。该术语被NASA采取并定义，虽然NASA的定义紧张集中在航空航天领域，但它通过强调数字孪生的三个紧张组成部分来利用Grieves的方法：真实天下的产品、该产品的虚拟展示以及连接两者的数据流。
近年来，随着传感、处理和通信技能的不断发展，数字孪生观点受到越来越多的关注。最近的研究供应了广泛定义和各种运用描述，Kritzinger等人对数字孪生观点全面回顾后区分了系统集成的三个阶段：
第一阶段 - 数字模型：虚拟地展示产品，但不展示产品和模型之间的自动信息流；
第二阶段 - 数字影子：与数字模型的不同之处在于将信息从现实天下产品自动上传为虚拟产品；
第三阶段 - 数字孪生：实现两个别系之间的实时双向信息流。
根据Kritzinger等人，按物理和数字工具之间的数据流类型划分的系统集成阶段。
然而迄今为止，这三个术语紧张用作同义词，这种情形尤其常见于数字孪生和数字影子。数字影子紧张是一种将现实天下转移到虚拟天下的工具。比较之下，数字孪生旨在利用仿照和过程模型来天生尽可能准确地现实图像。因此，数字孪生远远超出了对物理构造的纯挚仿照，它包含全体代价链中的各种信息，这些信息可以实现自主生产功能，例如材料身分、技能图纸、事情操持、加工解释、紧固件、零件清单、运输路线和/或排放。正如许多人认为的那样，数字孪生技能才刚刚开始。虽然该术语的定义非常明确，但作为系统互通性必备先决条件的数据连接性目前被视为履行中最困难的障碍。
为了战胜数据连接问题，德国工业4.0平台和ZVEI（德国电子制造商协会）开拓了一种标准化的数字孪生架构模型，便是AAS。AAS是有助于工业4.0生产任务的任何现实天下资产的虚拟展示，例如项目、软件或文档。AAS支持通过各种通信渠道和运用程序进行信息传输，在全体生命周期内形成本地分布式现实天下资产之间的联系。
为了总结和统一呈现数据类型以及通信标准，德国工业4.0平台和VDE（德国电子电气及信息技能协会）提出了分层RAMI 4.0（参考架构模型工业4.0）。RAMI4.0构造模型和工业4.0组件构成了制造系统数字孪生的核心。
然而AAS标准化并没有终极办理数据连接问题。事实上，产品生命周期中要链接的各种信息带来了更多的寻衅，这些寻衅无法单独由数字孪生架构处理。因此，数字线程观点越来越受到关注，它基于能够随时链接到干系信息的通信和数据平台，旨在描述产品全体生命周期的通信框架。数字线程为数字孪生供应了天生干系子模型和功能所需的所有信息。
数字孪生在可持续生产中的浸染和前景
作为生产环境中所有物理实体的数字表示，数字孪生必须作为IT支持的可持续生产转型根本，通过担当一种支持技能来改进干系计策、思维模式、方法和决策的实行。因此，它实质上是一种工具，可以支持个人决策或在恒定的操作序列中独立决定可持续性。
数字孪生是持续运营序列中可持续发展的决策工具。
无论何种情形，可持续生产都哀求对所用材料、物质、能源的数量、影响以及产生的排放物和废弃物保持尽可能高的透明度，因此必须对干系数据以及语义描述进行标准化获取和存储。用于紧张数据网络的传感器数据和与干系数据库的接口是根本。然而迄今为止，尚未开拓出能够代表现有可持续性运用程序多样性的标准化数据模型。
数字孪生必须能够全面整合与可持续性评估干系的子模型（影响指标模型、表征模型、蒙特卡洛仿照等），并持续跟踪它们的滋扰。由于环境影响在实体生命周期的各个阶段由许多成分决定，生产对生态系统的影响（景象变革、海洋酸化、资源枯竭和临界等）常日伴随着发生的韶光滞后。为了有效剖析和避免这些不良影响，有必要在产品的全体生命周期等分别网络和共享供应链中每个步骤的干系数据，并确保运用的可持续性评估模型的互通性。除了上述AAS架构之外，数字线程的观点代表了一种特殊有出息的方法，只管其可持续性潜力须要进一步研究。
随着这些问题的办理，数字孪生仍旧险些不会对面向规范系统的生产阐明做出贡献，这有几个缘故原由：
· 首先，上述方法代表了当前知识和方法的表现形式，这些方法可能会随着韶光的推移而改变。
· 随着新问题的涌现，将开拓新的影响指标和表征模型。
案例
例如环境合规管理是一个高度不连续的领域，产品遵守适用的环境法规只能在某个韶光点以基于风险的方法的形式实现。但是，由于法规的数量和内容不断变革，因此必须定期评估是否符合开拓中或已经上市的产品，即必须检讨豁免是否仍旧适用或是否有上述新的受牵制物质在产品等方面存在一定的限定。因此运用的数字孪生子模型必须具有适应性并具有模块化构造，以便集成新的功能和信息。
如上所述，考虑实体的全体生命周期不敷以进行可持续性方案。在生物智能方面，按照“从摇篮到摇篮”的理念，智能物理实体（产品、运营资源等）的开拓和运用表明必须从一开始就明确如何重复利用所有利用的物质，同时必须考虑到技能进步。在实体生命周期的开始，很难预估一个社会的技能水平，特殊是在商品寿命非常长的情形下。虽然现实天下产品的物理构造必须确保材料和物质的回收或组合具有高度的灵巧性，但有必要通过适当的子模型跟踪技能进步，并在生命周期过程中开拓回收场景。因此，数字孪生必须包含预测子模型，用于开拓在其生命周期的不同点利用的所有物质的二次利用情景。
虽然存在各种政治机制（例如排放定价和交易、补偿）和技能选择（例如碳捕获储存、可再生能源、原材料根本的改变、废弃物转化为能源的工艺、增加回收利用）来办理个别影响种别，人们仍旧须要一个环球折衷的计策，来确保所有方法都按照PB的所有种别在世界范围内适当支配，因此这须要一个环球性的威信机构来监管全体生产。从当代角度来看，在PB框架内进行环球监管的整体生产是一个难以超出的障碍。
从中期来看，单一国家的监管机构更有可能对公司的生产影响施加更严格的透明度哀求。因此，只有那些能够可靠地向一个或多个监管机构供应干系信息的方法才能成功履行，而不会给制造公司带来不成比例的支出。以是在生产的规范系统思维方法的背景下，可以为数字孪生的浸染定义三种不同的路径，这也可以理解为增加可持续性贡献的步骤：
通过集体生态系统影响子模型向一个或多个监管机构供应信息；
通过基于AI的生态系统决策子模型对单个现实天下资产进行主动掌握；
独立、相互关联的生态系统掌握子模型。
只管要繁芜得多，但方法2或3的根本可能是一种算法，它的事情事理很像对自动驾驶车队的掌握。为此所需的算法只能在指定的道路上移动车辆，而不会将它们勾引到没有指定用场的区域（野外、运动场、湖泊等）。以同样的办法制订约束，与PB类似，决不能超过约束。
因此，可以创造数字孪生在生产规范系统思维方法方面的浸染。虽然它们的干系性和技能上的可行性涌如今不同的韶光点，但它们对付未来的研发仍旧同样主要。
总结和展望
数字孪生被视为数字化行业的核心组成部分。由于它们的发展仍处于起步阶段，因此有必要整合现在可持续生产的基本哀求，来鼓励干系领域（例如信息技能、生产工程、工商管理）的研究职员和开拓职员提前办理这些问题，并适当地履行它们。在最近的一些研究之后，行业协会和标准化机构已经宣告可持续性是数字孪天生长的紧张支柱。
如今，研究职员和专家正在办理可持续性背景下的某些方面，受到技能障碍和政策限定的影响，这些方面可能仅在迢遥的将来变得可行，也可能永久不会履行。只管如此，我们相信这里提出的不雅观点可以作为在生产科学中适当的技能开拓和运用的根本，成为往后人们欢迎新寻衅的“硬肩膀”。
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