“多態(tài)”是面向?qū)ο缶幊讨幸粋€重要的概念，按字面的意思就是“多種狀態(tài)”，指同一個實體同時具有多種形式。簡單的說，在面向?qū)ο笳Z言中，多態(tài)就是允許將父對象設(shè)置成為一個或更多的他的子對象相等的技術(shù)，賦值之后，父對象就可以根據(jù)當(dāng)前賦值給它的子對象的特性以不同的方式運(yùn)作。
數(shù)字孿生系統(tǒng)由真實物理系統(tǒng)、數(shù)字孿生體和數(shù)據(jù)交互三部分組成。數(shù)字孿生體無論它是多復(fù)雜還是多簡單，其本質(zhì)還是一個軟件。在數(shù)字孿生系統(tǒng)開發(fā)中多態(tài)就是一個繞不開的概念。但本文所講的多態(tài)是指數(shù)字孿生體的多態(tài)，它是指站在系統(tǒng)的角度看，數(shù)字孿生體對象與其模型之間所存在的一對多的關(guān)系，是服務(wù)的多態(tài)。
1.數(shù)字孿生系統(tǒng)
正如上面所說，簡單地講，數(shù)字孿生系統(tǒng)由真實物理系統(tǒng)、數(shù)字孿生體和數(shù)據(jù)交互三部分組成，如下圖所示。數(shù)字孿生系統(tǒng)根據(jù)在不同領(lǐng)域的應(yīng)用，如企業(yè)、城市、軍事等領(lǐng)域，在系統(tǒng)基本邏輯結(jié)構(gòu)圖的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步細(xì)化形成各自的數(shù)字孿生系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，例如對于制造過程，真實物理系統(tǒng)可以進(jìn)一步細(xì)化為人員、工具、材料、流程、環(huán)境、設(shè)備、產(chǎn)品等要素，數(shù)字孿生體建立相對應(yīng)人員、工具、材料、流程、環(huán)境、設(shè)備、產(chǎn)品等的數(shù)字孿生體，并進(jìn)一步集合形成制造過程數(shù)字孿生體，如下圖所示。
圖1數(shù)字孿生系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)示意圖
2.數(shù)字孿生體開發(fā)過程的多態(tài)
在數(shù)字孿生系統(tǒng)（體）的實現(xiàn)過程中，離不開軟件系統(tǒng)一般的實現(xiàn)過程、技術(shù)和邏輯，因此，在數(shù)字孿生體系統(tǒng)中，也存在一般類似軟件架構(gòu)理論、技術(shù)和過程的體系，如建模管理、仿真服務(wù)、數(shù)據(jù)管理等基礎(chǔ)功能和數(shù)字孿生體實現(xiàn)體系和基礎(chǔ)性功能平臺，如下圖所示：
圖2數(shù)字孿生系統(tǒng)管理功能示意
整個數(shù)字孿生體的建設(shè)過程類似于當(dāng)前工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺中的建設(shè)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(jìn)化為物理實體的數(shù)字孿生體、由物理實體的數(shù)字孿生體集合形成物理系統(tǒng)的數(shù)字孿生體，如下圖所示：
圖3數(shù)字孿生系統(tǒng)與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)模型建設(shè)過程概念比較圖
從軟件開發(fā)角度看，各數(shù)字孿生體的設(shè)計開發(fā)總會沿著一個綜合抽象建模到數(shù)字孿生體開發(fā)實現(xiàn)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(shù)理化模型，在數(shù)字孿生體設(shè)計開發(fā)中，又逐步衍生泛化出崗位A數(shù)字孿生體、崗位B數(shù)字孿生體、……，有可能進(jìn)一步泛化到人員A數(shù)字孿生體、人員B數(shù)字孿生體、……，并在制造過程數(shù)字孿生體中進(jìn)行實例化的應(yīng)用，如下圖所示：
圖4數(shù)字孿生體的抽象與泛化
對于一個企業(yè)的制造過程數(shù)字孿生體來講，人員數(shù)字孿生體如此，工具、材料、設(shè)備、產(chǎn)品、流程無不如此，在制造過程數(shù)字孿生體中，總是存在若干個代表不同真實物理實體，經(jīng)過賦予個性化特征，又源于同一機(jī)理模型和父類數(shù)字孿生體的數(shù)字孿生體。
整個制造過程的數(shù)字孿生體構(gòu)成一個龐大的數(shù)字孿生體群，加之代表在各子數(shù)字孿生體形成系統(tǒng)過程所涌現(xiàn)的新特征的數(shù)字孿生體，形成完整的制造過程的數(shù)字孿生體。對于上級的數(shù)字孿生體，可以認(rèn)為下層的數(shù)字孿生體對上層的提供一種服務(wù)，即數(shù)字孿生體即服務(wù)（DT as a Service）。
3.數(shù)字孿生體系統(tǒng)的組織構(gòu)型
對于像制造過程數(shù)字孿生體這樣的復(fù)雜系統(tǒng)數(shù)字孿生體來講，其中各組成部分的子數(shù)據(jù)孿生體，既要與真實物理實體相對應(yīng)，形成數(shù)字孿生對，又與其它數(shù)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(tǒng)名詞，可以叫“聯(lián)邦”，如下圖所示。
圖5從系統(tǒng)論角度看數(shù)字孿生系統(tǒng)
從軟件系統(tǒng)功能組織和運(yùn)行角度講，制造過程數(shù)字孿生體除了上述的各組成部分的數(shù)字孿生體外，還需要一個核心的數(shù)字孿生體管理功能，正如面向服務(wù)框架（ESB）或美軍最新的仿真聯(lián)邦模型體系結(jié)構(gòu)圖中的三個網(wǎng)絡(luò)總線一樣，如下圖，最終數(shù)字孿生系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可能如下圖所示。
圖6美軍JLVC仿真模型體系結(jié)構(gòu)圖
圖7數(shù)字孿生體系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖示意
4.數(shù)字孿生體系統(tǒng)運(yùn)行過程中的多肽
俗話講“因為，所以科學(xué)道理”，它講的就是世界的因果聯(lián)系。正如當(dāng)前人們經(jīng)常講的美國社會問題和中國歷史上200年的朝代更迭規(guī)律一樣，朝代的更迭具有其內(nèi)在的因果聯(lián)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(jīng)過一段時間，統(tǒng)治階層形成利益群體，底層公眾得不到實質(zhì)性好處變得麻木；再往后，統(tǒng)治階層進(jìn)一步鞏固和擴(kuò)大其利益，底層公眾利益得不到保護(hù)，不再支持朝廷；最后，統(tǒng)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(xiàn)朝代更迭。統(tǒng)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(fā)生發(fā)展總存在這樣一個內(nèi)在因果關(guān)系，對于經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展、軍事行動、以及企業(yè)運(yùn)營這類的無法進(jìn)行預(yù)演的系統(tǒng)來講，仿真系統(tǒng)和數(shù)字孿生系統(tǒng)建設(shè)的一個重要目的就是進(jìn)行未來推演，這也就是這類數(shù)字孿生系統(tǒng)建設(shè)必須能夠?qū)崿F(xiàn)超實時（系統(tǒng)運(yùn)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(guān)系示意圖
正是這種因果關(guān)系的存在，才使世界的未來是可以預(yù)測的。這也正是不確定性、可靠性、風(fēng)險管理等學(xué)科研究的重要依據(jù)和基礎(chǔ)。正是基于風(fēng)險管理，挪威船級社提出了一個概率論數(shù)字孿生概念模型，用于進(jìn)行風(fēng)險管理和預(yù)測，如下圖所示。根據(jù)概率論知識，對于一個系統(tǒng)的未來預(yù)期收益可以認(rèn)為是不同結(jié)果收益與其發(fā)生概率的累加和，即圖片。
圖9挪威船級社基于概率數(shù)字孿生概念結(jié)構(gòu)圖
如果我們給定數(shù)字孿生體不同的初始條件，則可以產(chǎn)生不同的預(yù)期收益值和概率。通過數(shù)字孿生體的運(yùn)行，就可以推演真實物理世界在不同條件的發(fā)展?fàn)顟B(tài)和預(yù)期收益。通過比較不同給定條件下的未來預(yù)期總收益，就可以確定最佳的未來運(yùn)行方案，并得出目前應(yīng)該給定的輸入條件。應(yīng)對這種需要時，數(shù)字孿生體就會同時出現(xiàn)不同給定條件的運(yùn)行狀態(tài)，即運(yùn)行時期多態(tài)。
后記
本文所分析和闡述的數(shù)字孿生體的多態(tài)概念和技術(shù)方法，主要是基于個人對數(shù)字孿生系統(tǒng)（體）的理解和應(yīng)用提出了僅屬于作者個人的觀點，主要目的也是引起數(shù)字孿生系統(tǒng)（體）的設(shè)計開發(fā)人員的關(guān)注，以防止出現(xiàn)在項目后期發(fā)生遺漏和缺憾，從而限制了數(shù)字孿生系統(tǒng)（體）的應(yīng)用和能力的發(fā)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(yè)大家應(yīng)用其它的概念和理論解決了相關(guān)的問題，給出了詳盡可行的解決方案，那本文就當(dāng)是拾人牙慧吧！
