數(shù)字孿生技術驅動產業(yè)鏈創(chuàng)新鏈融合發(fā)展的內涵、特征與實現(xiàn)路徑

吳曉波，李王镕，林福鑫，余 點，浦貴陽

（1.浙江大學管理學院，浙江杭州 310030；2.浙江工業(yè)大學公共管理學院，浙江杭州 310014；3.中移（杭州）信息技術有限公司，浙江杭州 310023）

0 引言

近年來，全球科技競爭局勢急劇變化，以美國為首的發(fā)達國家對中國進行了關鍵核心技術的全面封鎖，導致中國國內部分戰(zhàn)略性新興產業(yè)的技術鏈、供應鏈發(fā)生雙向斷裂，暴露出中國關鍵技術依賴進口、產業(yè)綁定國際市場的結構性問題。面對全球經濟體系調整的新形勢，中國提出構建以國內大循環(huán)為主體、國內國際雙循環(huán)相互促進的新發(fā)展格局。作為暢通國內大循環(huán)的關鍵，習近平總書記多次就產業(yè)鏈和創(chuàng)新鏈（以下簡稱“雙鏈”）的融合發(fā)展發(fā)表重要論述，強調“雙鏈”融合是增強自主創(chuàng)新能力和產業(yè)競爭優(yōu)勢的必然路徑。然而，受制于鏈結構差異、網(wǎng)絡碎片化和政策非協(xié)同等因素，“雙鏈”循環(huán)與融合發(fā)展尚未實現(xiàn)最優(yōu)效能。

當前，技術范式轉變正引起創(chuàng)新模式的顛覆性變革，以數(shù)字孿生技術為代表的新型使能技術將為技術創(chuàng)新提供新動能。通過對物理空間的數(shù)據(jù)采集與處理，數(shù)字孿生技術能夠在數(shù)字空間中建構出外觀、性能、運行規(guī)律及機制都和物理實體相一致的虛擬模型，以此實現(xiàn)對物理空間的診斷、預測與控制。黃奇帆等［1］206-208指出，基于獨特的動態(tài)性、持續(xù)性、實時性和雙向性特征，數(shù)字孿生技術是實體產業(yè)數(shù)字化轉型的終極形態(tài)，在創(chuàng)新模式和過程的重構中為技術創(chuàng)新管理提供了新思路。由此，本研究對新型數(shù)字技術的內涵、特征與使能作用研究進行了一定的拓展，對既有“雙鏈”融合路徑研究側重體制機制和政策設計的視角局限有一定突破，以期為創(chuàng)新管理與數(shù)字化轉型領域的理論研究與實踐提供系統(tǒng)性參考。

1 相關研究評述

1.1 產業(yè)鏈與創(chuàng)新鏈的理論內涵

根植于古典經濟學家亞當·斯密［2］在《國富論》中提出的社會分工理論，“產業(yè)鏈”的概念經Marshall［3］和Bain［4］等學者不斷深入探討與發(fā)展，其系統(tǒng)內涵逐漸明晰。發(fā)展經濟學家Hirschman［5］在《經濟發(fā)展戰(zhàn)略》一書中首次明確提出了“產業(yè)鏈”概念，并從產業(yè)前后向關聯(lián)的視角展開系統(tǒng)性闡述。此后，以鏈式結構思維對生產系統(tǒng)、商品鏈、生產鏈、價值鏈、增值鏈和全球商品鏈等進行剖析的理論研究在西方學界興起［6］。基于張利庠［7］、郁義鴻［8］等學者的研究，本研究認為，產業(yè)鏈是資源、能力各異的企業(yè)圍繞產品生產、服務整合與價值流轉等過程系統(tǒng)性集聚的功能鏈，結構上具有明確的上下游分工關系（見圖1）。基于產品和服務的特性與技術條件，可以對不同的產業(yè)鏈進行分類，在解構其系統(tǒng)環(huán)節(jié)結構的基礎上，有針對性地對不同類型的產業(yè)鏈施行差異化控制策略有助于提升運行效率。

圖1 產業(yè)鏈、創(chuàng)新鏈的結構模型與融合障礙

與產業(yè)生產活動類似，創(chuàng)新活動的過程也具有顯著鏈式結構特征。“創(chuàng)新之父”熊彼特［9］認為創(chuàng)新并非單純的技術范疇概念，更屬于經濟范疇，創(chuàng)新不僅是指科學技術上的發(fā)明創(chuàng)造，更是指科學技術從發(fā)明到引入企業(yè)并形成新生產能力的轉化過程。經濟合作與發(fā)展組織（OECD）等［10］提出，創(chuàng)新是技術開發(fā)、擴散并走向市場、創(chuàng)造商業(yè)價值的全過程。吳曉波等［11］提出，創(chuàng)新活動涵蓋新思想和新發(fā)明的產生、新產品的設計開發(fā)、新生產流程和新營銷策略的出現(xiàn)及新市場的開發(fā)擴散等環(huán)環(huán)相扣的一系列職能活動，所有這些職能活動的序列集合可以用一條創(chuàng)新鏈來表示。李曉鋒［12］總結提出，創(chuàng)新鏈是從創(chuàng)新源頭開始，經過基礎研究、應用研究、開發(fā)測試、產品化與商品化的多級環(huán)節(jié)，運用多種要素、涉及多個部門、跨越多重時空，直至實現(xiàn)技術轉化與價值創(chuàng)造的全過程，并存在基于產業(yè)上下游關聯(lián)的縱向創(chuàng)新鏈和基于單項產品開發(fā)的橫向創(chuàng)新鏈兩種形態(tài)（見圖1）。

雖然產業(yè)鏈和創(chuàng)新鏈的內涵與結構有所差異，但均屬圍繞技術創(chuàng)新成果轉化、產業(yè)價值創(chuàng)造的功能鏈，并在實際運行中相互纏繞、動態(tài)影響，因而“雙鏈”融合發(fā)展是對全球化新階段與數(shù)字經濟發(fā)展新格局下企業(yè)競爭策略的深化理解與有效應對［13］。傳統(tǒng)的產業(yè)鏈模式強調價值創(chuàng)造的線性流動，然而在知識經濟的背景下，創(chuàng)新是驅動企業(yè)持續(xù)發(fā)展乃至實現(xiàn)非線性成長的關鍵因素，其重要性已經被廣泛認知［14］。從系統(tǒng)協(xié)同效應看，“雙鏈”深度融合可以促進企業(yè)間的交流與互動，從而促進資源的優(yōu)化配置與知識的高效流動，在強化系統(tǒng)效率的同時提升“雙鏈”韌性，使企業(yè)更好地應對外部環(huán)境的變化與沖擊。從競爭優(yōu)勢塑造看，“雙鏈”融合有助于各主體定位出最具創(chuàng)新潛力的環(huán)節(jié)，在創(chuàng)新鏈的整合中引導產業(yè)鏈走向附加值更高的方向，進一步提升其在全球價值鏈中的地位。從產業(yè)經濟發(fā)展看，面臨日益激烈的全球競爭和快速變革的技術趨勢，產業(yè)鏈的升級和優(yōu)化必須以創(chuàng)新為驅動力，企業(yè)可以通過“雙鏈”融合實現(xiàn)持續(xù)創(chuàng)新來保持其競爭優(yōu)勢［15］。

1.2 “雙鏈”融合發(fā)展的現(xiàn)狀與困境

基于“雙鏈”融合的科學內涵與戰(zhàn)略意義，習近平總書記在第十八屆中央政治局第九次集體學習上提出圍繞產業(yè)鏈部署創(chuàng)新鏈、圍繞創(chuàng)新鏈完善資金鏈的頂層部署指引，強調以技術創(chuàng)新促進經濟結構轉型升級、建設現(xiàn)代化經濟體系，高屋建瓴地為中國產業(yè)鏈與創(chuàng)新鏈融合發(fā)展確立原則、指明方向。然而，創(chuàng)新資源的跨鏈配置與技術知識的跨鏈流轉仍受鏈結構差異、網(wǎng)絡碎片化和政策非協(xié)同等因素抑制，“雙鏈”融合發(fā)展仍有待進一步深化。

產業(yè)鏈與創(chuàng)新鏈之間的結構性差異是“雙鏈”融合的根源性阻礙，導致“雙鏈”之間形成了一道難以逾越的鴻溝，妨礙上下游各主體之間的精準對接，并在很大程度上抑制了技術轉化與知識轉移的效率提升。盡管“雙鏈”同為圍繞經濟生產與技術流轉的功能鏈式結構，但“雙鏈”在運行機制與主體認知方面均有其獨特性。從運行機制看，產業(yè)界以經濟效益最大化為目標，而科研界以產出科研成果為目標，“雙鏈”主體在創(chuàng)新目標上的顯著差別使科技型企業(yè)的創(chuàng)新需求和高校與研究機構的有效專利供給之間出現(xiàn)了錯位，科研成果很難轉化為實際生產力，大量有效專利也因此而“沉睡”。從主體認知看，來自“雙鏈”、多環(huán)節(jié)的各主體在功能定位、認知模式以及行為規(guī)范等方面存在顯著差異，主體間的跨鏈溝通過程通常涉及強專業(yè)性知識與隱性知識的傳遞，使得創(chuàng)新成果跨鏈轉化的復雜度大大增加。由此，“雙鏈”融合發(fā)展需要經過有針對性的深度調節(jié)與系統(tǒng)性的集成整合。

隨著學科交叉與跨界協(xié)同的深入發(fā)展，產業(yè)網(wǎng)絡和創(chuàng)新網(wǎng)絡持續(xù)擴張，鏈條長、環(huán)節(jié)散、主體多的碎片化表現(xiàn)性問題逐步凸顯，使產業(yè)上下游聯(lián)系的復雜度提高，跨組織間的溝通與交流受阻礙［16］。具體地，基于產業(yè)上下游關聯(lián)和基于單項產品開發(fā)的兩類創(chuàng)新鏈環(huán)繞產業(yè)鏈部署，形成“雙鏈”相互纏繞、互相影響的復雜協(xié)同網(wǎng)絡結構，在該條件下，主體間的信息不對稱問題突出，技術轉化過程中利益分配的透明度和公平性由此受到挑戰(zhàn)，易挫傷關鍵創(chuàng)新主體的積極性。Mowery 等［17］對產學研戰(zhàn)略聯(lián)盟的跨界協(xié)作效益展開研究發(fā)現(xiàn)，技術從創(chuàng)新鏈向產業(yè)鏈轉移的難點主要在于需要尋找技術保護與共享之間的平衡，其中權益分配問題是抑制跨界協(xié)作與資源流動效率提升的關鍵。此外，創(chuàng)新成果轉化與應用實現(xiàn)的過程通常涉及較多難以編碼的隱性知識，隨著網(wǎng)絡碎片化趨勢的加劇，參與主體的異質性逐步增強，在復雜網(wǎng)絡中建立和維持信任關系的難度加大，從而導致隱性知識更加難以實現(xiàn)有效流動。

在根源性因素與表現(xiàn)性因素的雙重掣肘下，訴諸政策手段成為常規(guī)思路。然而，中國正處在經濟轉型升級的關鍵時期，以經濟高質量發(fā)展為目標的政策體系仍在持續(xù)完善與發(fā)展，產業(yè)政策與創(chuàng)新政策之間暫未形成良好的協(xié)同關系。一方面，各級政府的科技創(chuàng)新管理機構較為分散，導致科技發(fā)展規(guī)劃設計與布局通常僅針對于具體環(huán)節(jié)、特定領域，創(chuàng)新資源分配與體系管理之間產生了嚴重的條塊分割問題，加之技術市場固有的信息非對稱等特性，主體跨鏈協(xié)作的互信與配合受到抑制；另一方面，不同地區(qū)之間也存在創(chuàng)新和產業(yè)政策非協(xié)同的問題，部分地區(qū)盲目追逐產業(yè)創(chuàng)新熱點，在就同一科研問題重復部署攻關計劃、投入創(chuàng)新資源的同時，忽視了本地區(qū)發(fā)展特性與優(yōu)勢，導致資源浪費與關鍵共性基礎研究缺乏支持的問題并存。

基于上述“雙鏈”融合發(fā)展的現(xiàn)狀與困境，既有相關研究主要從國家創(chuàng)新體系的體制機制設計、服務鏈輔助和資金融通等視角出發(fā)，探究“雙鏈”融合發(fā)展的路徑。例如，Etzkowitz 等［18］在產、學、研三螺旋國家創(chuàng)新體系模型的系統(tǒng)闡釋中強調，激勵機制和知識產權保護制度的設計與建設能夠有效促進創(chuàng)新主體和產業(yè)主體的深度合作；李曉鋒［12］提出建設科技創(chuàng)新的服務鏈，以新型科技服務機構促進產品研發(fā)、轉化和產業(yè)化，為“雙鏈”融合搭建系統(tǒng)橋梁，從解決“黏結荒地”角度促進“雙鏈”融合；楊媛棋等［19］提出應將資金資源充裕、配置自由度高、市場引導能力強的金融機構納入國家創(chuàng)新體系，在技術復雜度高、資源需求大的現(xiàn)狀下發(fā)揮新興市場主體的活力，以此來引導創(chuàng)新鏈與產業(yè)鏈融合發(fā)展；此外還有邢超［20］、施爾畏［21］、張靜珠等［22］、李滋陽等［23］學者分別從建設重大科技工程、技術轉化中心、標準鏈、人才鏈等角度提出對策與路徑建議。然而，當下中國正處技術范式轉變期，新型技術的應用在推動“雙鏈”融合發(fā)展中的巨大潛力仍被忽視。

2 創(chuàng)新范式轉變下的數(shù)字孿生技術

2.1 范式轉變引起創(chuàng)新模式變革

近年來，以數(shù)字孿生（digital twin）、人工智能和云計算為代表的新型數(shù)字技術蓬勃發(fā)展，其以獨特的功能與性能挑戰(zhàn)了傳統(tǒng)的創(chuàng)新范式，數(shù)據(jù)探索被定義為繼實證范式、理論范式和計算范式之后的“第4 種研究范式”［24］。從技術特征看，數(shù)字技術具有規(guī)模大（volume）、多樣性（variety）、高速性（velocity）的“3V”優(yōu)勢和使物理硬件與軟件實現(xiàn)邏輯分離的可重編程性，如Mcafee等［25］、Nambisan［26］的研究所述。在數(shù)字技術強大的信息存儲與處理能力支持下，敏捷創(chuàng)新與快速迭代成為新常態(tài)。熊彼特等［27］提出“創(chuàng)新是要素的新組合”，數(shù)字技術的發(fā)展使物理組件可以在數(shù)據(jù)化中被解構為松散耦合的設計層級結構［28］，并在不同層級間的重新組合中實現(xiàn)創(chuàng)新［29］。

由此，創(chuàng)新范式在數(shù)字技術的影響下發(fā)生轉變，創(chuàng)新管理實踐從源頭、過程到模式都發(fā)生了變革性變化［30］。從創(chuàng)新源頭看，下游的企業(yè)用戶、消費者用戶可以通過在線互動平臺參與上游的企業(yè)、科研院所等傳統(tǒng)創(chuàng)新主體的研發(fā)活動，多元主體的協(xié)同創(chuàng)新活力在數(shù)字技術的普及中被激發(fā)。從創(chuàng)新過程看，一方面，隨著產業(yè)邊界的逐漸模糊，多元主體間的角色分工被顛覆，上下游間互為創(chuàng)新生產者和采納者，傳統(tǒng)的單向互動變?yōu)槎嘞颉⒖赡婊樱涣硪环矫妫ㄟ^高頻的信息互通，供應方既可以及時響應用戶需求來調整產品和服務方向，也能夠滿足離散的個性化需求。從創(chuàng)新模式看，以數(shù)字孿生技術為代表的虛實融合技術顛覆了傳統(tǒng)作業(yè)場景，在對現(xiàn)實場景的數(shù)字復刻與系統(tǒng)性解構中促進重大業(yè)務改進和創(chuàng)新過程管理優(yōu)化。

2.2 數(shù)字孿生技術的內涵與發(fā)展歷程

“數(shù)字孿生”概念首次出現(xiàn)于1991 年出版的經典著作《鏡像世界》中，該書作者Gelernter［31］提出了一種通過屏幕看到現(xiàn)實并與現(xiàn)實互動的技術形態(tài)。2002 年，Grieves［32］在密歇根大學舉辦的產品生命周期管理講座中提到與物理產品等價的虛擬數(shù)字化表達，并強調構建與物理實體交互映射的鏡像空間模型可以描述和展現(xiàn)物理實體的運行狀態(tài)。2011 年，Grieves［33］提出數(shù)字孿生技術通過對物理空間的數(shù)據(jù)采集與處理，在數(shù)字空間中渲染出內涵與外在和物理實體相一致的虛擬模型或孿生體，并可以基于對虛擬模型數(shù)據(jù)的實時分析實現(xiàn)對物理空間的診斷、預測與控制（見圖2）。由此，數(shù)字孿生概念及基于數(shù)字孿生技術的產品開發(fā)與創(chuàng)新交互模式被正式提出，并在此后被廣泛傳播和接受。

圖2 數(shù)字孿生的技術概念模型

數(shù)字孿生技術的發(fā)展過程是多種新型數(shù)字技術的集成與融合過程。20 世紀80 年代后，隨著計算機輔助設計（CAD）和計算機輔助工程（CAE）等計算機建模、模擬仿真技術的快速發(fā)展與廣泛應用，通過建模軟件來促進產品設計、優(yōu)化產品性能的數(shù)字使能方法開始改造傳統(tǒng)作業(yè)場景。21 世紀初，在管理學界對數(shù)字孿生概念的關注度持續(xù)提高的同時，物聯(lián)網(wǎng)技術的迅猛發(fā)展提升了感知物理世界的技術水平，使獲取產品及場景的實時運行數(shù)據(jù)成為可能。2011 年，美國航空航天局（NASA）建造了一輛與物理航天器狀況相同的虛擬航天器，以此模擬和預測物理航天器的在軌運行情況［34］。2012 年，美國國家標準與技術研究院提出了“基于模型的定義”（model based definition）和“基于模型的企業(yè)”（model based entrepreneur）概念，倡導建立模擬產品生產過程和企業(yè)運轉系統(tǒng)的數(shù)字模型，以數(shù)字孿生的理念優(yōu)化產品全生命周期管理。隨后，以通用電氣、西門子等為代表的企業(yè)在工業(yè)場景應用了數(shù)字孿生技術，進一步推動了物聯(lián)感知技術與建模仿真技術的集成融合。2015 年，世界各國紛紛從國家層面提出制造業(yè)智能轉型戰(zhàn)略，其核心目標在于構建物理信息系統(tǒng)（cyber-physical system），以數(shù)字孿生技術實現(xiàn)物理世界與虛擬工廠的融合。除封閉場景外，以2015 年新加坡提出的“虛擬新加坡”建設計劃和2017 年中國雄安新區(qū)提出的“數(shù)字孿生城市”建設計劃為代表，空間位置技術的顯著進步使數(shù)字孿生實現(xiàn)在開放空間場景中的應用。

從模型仿真驅動到以模型與感知控制驅動，再到模型、感知和空間位置等多技術融合驅動，數(shù)字孿生技術對現(xiàn)實場景的模擬精度越來越高、實時響應能力愈發(fā)強勁。隨著對人工智能、增強現(xiàn)實等新型技術的集成，數(shù)字空間與現(xiàn)實空間的深度融合正在加速推進。

2.3 數(shù)字孿生技術的特征與使能作用

在跨領域技術的系統(tǒng)集成下，數(shù)字孿生技術以虛實融合的技術原理推動現(xiàn)實作業(yè)場景全元素、全過程的優(yōu)化與升級，具有跨場景賦能的使能技術內涵［35］。黃奇帆等［1］206-208指出，數(shù)字孿生是實體產業(yè)數(shù)字化轉型的最高境界，以數(shù)字化方式創(chuàng)造物理世界的全周期虛擬模型，并通過動態(tài)性、持續(xù)性、實時性和雙向性的特征創(chuàng)新物理世界作業(yè)模式。陳劍等［36］進一步指出，數(shù)字孿生技術不僅具有推動創(chuàng)新過程效率提升的線性賦能作用，更具有重構創(chuàng)新運行過程與管理模式的非線性使能作用。當前，數(shù)字孿生技術在車間生產制造、供應鏈優(yōu)化、工廠數(shù)字化重建等產業(yè)領域已有廣泛應用，正深入改造并重塑著經濟運行與生產活動，系統(tǒng)性總結其技術特征有助于充分發(fā)揮其使能作用，助力實現(xiàn)經濟高質量發(fā)展與技術創(chuàng)新。

基于多時態(tài)的系列數(shù)據(jù)集合，數(shù)字孿生技術對物理實體本質特征的數(shù)字映射具有動態(tài)性，既包括焦點實體隨時間變化的屬性和參數(shù)，又包括焦點實體與其他實體及環(huán)境的互動和共演規(guī)律。數(shù)字孿生技術對跨界、跨組織的協(xié)作與交易進行持續(xù)記錄與動態(tài)更新，建成可反映現(xiàn)實系統(tǒng)運動的虛擬模型，以此促進物質、人力等資源在時間、空間上的優(yōu)化配置與快速布局［37］。以拜耳作物科學（Bayer Crop Sciences）公司為例，為應對生產基地分散、產品銷售周期性強、市場價格波動大等生產計劃管理問題，其不僅為旗下9 個玉米種子生產基地建立了數(shù)字工廠虛擬模型，還將市場變化也納入流程模擬模型，在2 分鐘內模擬10 個月的運營系統(tǒng)運作，統(tǒng)籌產品組合、設備投入和生產排產等復雜動態(tài)決策，輔助重大決策、長期計劃和流程改進［38］。

數(shù)字孿生技術的持續(xù)性特征強調虛擬模型與物理實體之間的映射與作用是不間斷的，數(shù)字映射和信息同步覆蓋從設計、制造到銷售的全產品生命周期，以此輔助對物理實體的虛擬調試與運行預測。具體地，數(shù)字孿生技術能夠嵌入采用不同技術類型、處于不同作業(yè)環(huán)節(jié)的生產活動中，在強化環(huán)節(jié)間響應能力中實現(xiàn)前期精準預測與科學決策、過程中持續(xù)追蹤與清晰反饋、后期復盤分析與系統(tǒng)改良的全流程賦能［39］。以食品供應商瑪氏為例，其較早組建了供應鏈數(shù)字孿生系統(tǒng)以支持業(yè)務流程管理與控制，在供應鏈運行模擬中通過預測性維護提高設備運行效率和資源利用效率，并建成可在業(yè)務線中重復利用的虛擬用例應用商店，提高全流程生產效率。

在可擴展性軟件架構和流式遙測數(shù)據(jù)分析等前沿技術的支持下，數(shù)字孿生虛擬模型具有實時性，可實現(xiàn)物理實體與虛擬模型之間即時的互聯(lián)互通、信息跟蹤和態(tài)勢感知。基于實時數(shù)據(jù)交互，數(shù)字孿生技術解耦了創(chuàng)新與創(chuàng)造過程中對專業(yè)知識資源和價值鏈中介的依賴，降低了數(shù)據(jù)的處理和交易成本［40］，并在即時、連續(xù)、細化和完整的信息結構建構中，以增強的即時調整能力提升資源配置和生產運營效率［41］。在SIGGRAPH 2022 大會上，英偉達（NVIDIA）公司發(fā)布了著力于提高實體實時模擬的物理準確性的Omniverse Kit 工具包，以并行計算技術為制造業(yè)用戶的實體產品開發(fā)提供實時、可擴展的柔體和顆粒仿真效果，開啟了工業(yè)產品創(chuàng)新的新時代。

數(shù)字孿生技術的雙向性指出虛擬模型與物理實體之間是實時聯(lián)動、相互作用的，虛擬模型基于物理實體的實時信息生成，又向物理實體反饋信息甚至傳遞控制指令。一方面，市場需求、客戶體驗等海量信息經數(shù)據(jù)聚變、技術轉化及擴能效應，成為促進產品創(chuàng)新的重要來源，基于數(shù)字孿生技術的雙向性特性為優(yōu)化創(chuàng)新資源配置提供數(shù)據(jù)決策依據(jù)，呈輻射狀強化了創(chuàng)新主體間的黏結關系［42］；另一方面，管理人員可以通過虛擬模型直接發(fā)出智能機器作業(yè)指令，遠程控制物理實體運行。以Passive Logic平臺為例，其推出的智能建筑管理平臺不僅可以可視化建筑內能源系統(tǒng)的運行情況，還可以由工作人員遠程控制或由人工智能系統(tǒng)自動控制能源系統(tǒng)運行。

動態(tài)性是持續(xù)性的基礎，持續(xù)性拓展動態(tài)性作用范圍，數(shù)字孿生技術對物理實體的映射在動態(tài)更新的基礎上延長時間維度，而持續(xù)性能夠實現(xiàn)產品的動態(tài)鏈接映射覆蓋全生命周期；雙向性為實時性提供交互基礎，實時性提升雙向性的反應速度和交互效率，數(shù)字孿生技術的即時互聯(lián)互通依賴于物理實體與虛擬模型的雙向數(shù)據(jù)流動，實時性則進一步縮短了信息交互的時間。雙向性與實時性形成了數(shù)字孿生技術在生產活動跨空間的作用，動態(tài)性和持續(xù)性形成了數(shù)字孿生技術在生產活動中跨時空的作用。由此，數(shù)字孿生技術的動態(tài)性、持續(xù)性、實時性與雙向性四位一體（見圖3），形成獨特的動態(tài)過程映射、實時雙向互動能力，以獨特的使能作用促進實體產業(yè)的新一輪變革與升級。

圖3 數(shù)字孿生技術的特征與使能作用

3 數(shù)字孿生技術驅動“雙鏈”融合的實現(xiàn)路徑

在創(chuàng)新范式轉變與創(chuàng)新驅動經濟高質量發(fā)展的新格局下，亟需發(fā)揮以數(shù)字孿生為代表的新型數(shù)字技術的使能作用，為產業(yè)運行與技術創(chuàng)新提供新動能［43］。當前，已有學者對數(shù)字孿生技術在創(chuàng)新鏈與產業(yè)鏈中的應用進行研究，并從創(chuàng)新鏈上的研究開發(fā)、創(chuàng)新設計、生命周期預測和產業(yè)鏈上的供應鏈管理、生產制造、智能決策等環(huán)節(jié)提出對策與路徑實現(xiàn)建議。創(chuàng)新鏈方面，Tao 等［44］認為，數(shù)字孿生的應用能夠以最小的試錯成本實現(xiàn)快速原型設計和模擬，從而大幅提升設計效率和質量；劉洋等［45］提出，研發(fā)人員可以在數(shù)字孿生模型中模擬新產品的性能、行為和使用壽命，部分替代實際物理試驗，有效降低研發(fā)成本、提高創(chuàng)新效率。Zheng 等［46］提出，數(shù)字孿生讓產品設計人員得以通過對產品全生命周期的監(jiān)測和預測，提供更加精確、個性化的產品服務，提升客戶滿意度和忠誠度。產業(yè)鏈方面，鄧建新等［47］認為，運營人員可以通過實時數(shù)據(jù)采集和分析，有效優(yōu)化庫存管理、供應鏈規(guī)劃和物流管理，提高供應鏈的效率和可靠性；鄭守國等［48］提出，通過實時追蹤和分析制造過程中的各種數(shù)據(jù)，數(shù)字孿生可以預測設備故障、優(yōu)化生產過程，提高生產效率和產品質量；Negri 等［49］認為，數(shù)字孿生可以通過對大數(shù)據(jù)的分析和處理，輔助企業(yè)進行市場預測、風險評估和戰(zhàn)略決策，提高決策的效率和準確性。然而，應用數(shù)字孿生技術促進“雙鏈”融合發(fā)展的路徑研究仍較少。因此，亟需遵循“雙鏈”的循環(huán)發(fā)展邏輯，發(fā)揮數(shù)字孿生技術的獨特屬性與能力，優(yōu)化和疏通鏈條間的價值流、信息流與物流，促進創(chuàng)新鏈產業(yè)鏈融合發(fā)展。

基于動態(tài)過程映射能力，以數(shù)字孿生技術連接實體和虛體、數(shù)據(jù)和模型、過去和未來，推動產業(yè)鏈與創(chuàng)新鏈的全過程整合；基于實時雙向互動能力，應用數(shù)字孿生技術將分布在不同地點、不同時間的各環(huán)節(jié)的信息整合在一起，實現(xiàn)產業(yè)鏈與創(chuàng)新鏈的全時空交互（見圖4）。在產業(yè)鏈與創(chuàng)新鏈的全過程整合與全時空交互中，創(chuàng)新主體的積極性將被全面激發(fā)，生產環(huán)境的資源要素將被全面激活，實現(xiàn)創(chuàng)新鏈驅動產業(yè)鏈、產業(yè)鏈帶動創(chuàng)新鏈的融合、可持續(xù)發(fā)展機制，最終實現(xiàn)資本要素價值再造。

圖4 數(shù)字孿生技術驅動“雙鏈”全過程整合與全時空交互的實現(xiàn)路徑

3.1 數(shù)字孿生技術驅動“雙鏈”全過程整合

隨著數(shù)字技術應用的深入，各類作業(yè)場景已全面采用標準的數(shù)字化表達方式，以降低信息傳遞成本。在此基礎上，數(shù)字孿生技術深化了物理世界信息的表達、計算與融合，拓展了前向的數(shù)據(jù)獲取和后向的決策執(zhí)行環(huán)節(jié)，在創(chuàng)新運行中促進“雙鏈”數(shù)字空間與現(xiàn)實運行的全過程整合，為“雙鏈”的深度融合奠定基礎［50］。

從創(chuàng)新全過程的標準化表達看，數(shù)字孿生技術不僅可以將非結構化、異質的物理信息以標準的數(shù)字化形式在虛擬模型中映射，降低跨組織協(xié)作的信息傳遞難度，還可以在實時、全面的信息互通中減輕主體間結構性差異問題對協(xié)作效率的負面影響，在網(wǎng)絡碎片化趨勢下強化產業(yè)網(wǎng)絡和創(chuàng)新網(wǎng)絡上下游各主體間的聯(lián)系。具體地，在跨組織協(xié)作場景中，僅憑傳統(tǒng)數(shù)字技術與信息渠道難以準確表達、高效傳遞具有一定獨占性及排他性的隱性知識、專業(yè)知識，但通過虛擬模型，數(shù)字孿生技術能夠有效消除信息傳遞中的理解壁壘，使各參與主體直接掌握更全面、更真實的信息［51］，在無障礙的知識共享中加速知識集聚與創(chuàng)新協(xié)作。

從創(chuàng)新全過程的數(shù)據(jù)融合看，物理實體在數(shù)字孿生技術的映射過程中能夠形成單體化的虛擬模型，物理空間與數(shù)字空間的交互融合要求實現(xiàn)對物理實體、虛擬模型和雙向數(shù)據(jù)流的閉環(huán)控制，進而在同鏈跨環(huán)節(jié)、異鏈跨環(huán)節(jié)的應用場景中均實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時互動。一方面，這一特性使得企業(yè)能夠實時獲取各類關鍵數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)的對比、分析，從微觀到宏觀、從局部到全局，全面深入地了解整個生產運行過程的動態(tài)變化，進而為企業(yè)的創(chuàng)新與優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支持，有效提升企業(yè)的運營效率和效益；另一方面，對每一關鍵環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)監(jiān)測和計算，也能夠為多主體協(xié)作中的利益分配提供客觀依據(jù)，有助于在復雜網(wǎng)絡中建立起基于全面信息的信任關系。

由此，數(shù)字孿生技術使創(chuàng)新全過程可理解、可計算，以面向全局、綜合多元的數(shù)據(jù)分析能力支持企業(yè)提升決策的科學性與前瞻性［52］。在產品創(chuàng)新的全生命周期中，數(shù)字孿生技術使產品從設計、生產、運營到維護的全流程數(shù)據(jù)實現(xiàn)可視化呈現(xiàn)與深度管理，并在匯集產業(yè)數(shù)據(jù)、傳遞終端反饋中融合多方創(chuàng)新信息［53］。進一步地，在復雜創(chuàng)新協(xié)作網(wǎng)絡中，基于數(shù)字孿生技術的計算空間與集成平臺可實現(xiàn)有針對性的應用，讓信息得以橫向拓展和縱向延伸，在參與主體間實現(xiàn)異質知識、實時變動數(shù)據(jù)和決策信息等的互通，從而促使“雙鏈”實現(xiàn)全過程整合。

3.2 數(shù)字孿生技術驅動“雙鏈”全時空交互

通過實時的、全方位的數(shù)據(jù)采集、分析和預測，數(shù)字孿生技術在產品的設計、研發(fā)、生產及供應鏈管理、產品服務、智能決策中，都可以提供跨越全時空的數(shù)據(jù)支持，為創(chuàng)新鏈與產業(yè)鏈在全時空中實現(xiàn)高效、精準的交互提供了新的可能性和方向。應充分發(fā)揮數(shù)字孿生技術在物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和機器學習等先進技術支持下的時空交互特性，使企業(yè)能夠在跨空間邊界中實現(xiàn)協(xié)同制造和服務、在跨時間限制中預測未來的發(fā)展趨勢和風險，并在時空融合中實現(xiàn)虛實互動，驅動創(chuàng)新運行、提高生產效率。

從跨空間尺度的交互看，數(shù)字孿生技術的虛實映射功能使得分布在全球范圍內的需求和資源能夠在數(shù)字空間中形成對應的虛擬模型，進而突破物理世界中的空間距離限制，實現(xiàn)在全球范圍內的協(xié)同制造和服務提供。例如，不僅作業(yè)管理人員可以在廠房之外操作虛擬機床面板，甚至可以同時操作多臺機床，遠在實驗室的科研人員也能夠實時觀察現(xiàn)實工廠場景中的設備運行狀況，并進行即時調試。跨越空間的交互模式打破了傳統(tǒng)的行業(yè)和地域界限，并在統(tǒng)一的數(shù)字化表示下大幅降低了地理位置、語言和文化等因素的制約，催生了新型網(wǎng)絡化業(yè)態(tài)。在數(shù)字孿生驅動的產業(yè)鏈和創(chuàng)新鏈系統(tǒng)模式重構中，運輸成本、追蹤成本、驗證成本及貿易成本大幅度降低［54］，企業(yè)得以更好地利用全球的跨鏈資源，推進創(chuàng)新協(xié)作與制造協(xié)同。

從跨時間尺度的交互看，通過實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)的深度解析，數(shù)字孿生技術推動創(chuàng)新設計范式向模擬預測模式轉變，為企業(yè)提供創(chuàng)新設計的“沙盒環(huán)境”，并幫助它們預見未來的發(fā)展趨勢及潛在風險。通過對歷史數(shù)據(jù)的深度分析，數(shù)字孿生技術利用超級深度學習和模型降階仿真技術，創(chuàng)造一個高精度的數(shù)字孿生場景，將現(xiàn)實問題映射到虛擬模型中，以數(shù)字空間為舞臺，仿真演繹解決方案，最終將最優(yōu)解部署回實際世界。這種方法避免了在物理世界中進行過多的調優(yōu)和試錯，從而實現(xiàn)了研發(fā)周期的縮短和創(chuàng)新能力的提升。由此，數(shù)字孿生技術能為企業(yè)提供一種“沙盒環(huán)境”，在不影響實際運營的前提下進行各種策略的測試和驗證，從而加速技術創(chuàng)新和模式創(chuàng)新的步伐。這種靈活的模擬試驗模式使企業(yè)能夠在實際投入前對可能的風險進行評估和制定相應的對策，以實現(xiàn)更高效和穩(wěn)健的創(chuàng)新步伐。如此，數(shù)字孿生技術不僅能預測未來的發(fā)展趨勢和風險，還可據(jù)此調整企業(yè)的策略和計劃，以更優(yōu)雅的方式應對市場的變動和挑戰(zhàn)。

在數(shù)字孿生技術支持下的跨時空融合互動中，空間地理位置遠隔千里外的實際生產場所的運行狀況可以被忠實地反映在虛擬模型之中，而根據(jù)以現(xiàn)實作業(yè)場景為基底設置的運行規(guī)律，對虛擬模型的分析與虛擬模型自動運行所得出的決策和優(yōu)化措施也可以立即傳遞至現(xiàn)實的生產和運行環(huán)境，這種相互反饋、交互調整的過程，實質上實現(xiàn)了虛實之間的緊密融合。進一步地，數(shù)字孿生技術使得企業(yè)能夠在不影響現(xiàn)實生產的情況下進行各種可能的實驗和探索，預演可能出現(xiàn)的各類問題和挑戰(zhàn)，通過模擬試驗得出最優(yōu)解決方案，從而有效降低現(xiàn)實環(huán)境中的風險。由此，數(shù)字孿生技術為企業(yè)的創(chuàng)新運行提供了時空交互融合的思路和方法，使得企業(yè)能夠在全球范圍內實現(xiàn)高效的協(xié)同制造和服務，并能在面對未來的發(fā)展趨勢和風險時具備更強的預見性和應對能力，以更好地應對市場的變動和挑戰(zhàn)。

4 結論

基于虛實結合、雙向互動的技術邏輯，數(shù)字孿生技術具有動態(tài)性、持續(xù)性、實時性、雙向性的特征，并展現(xiàn)出動態(tài)過程映射和實時雙向互動的獨特使能作用，為技術創(chuàng)新管理帶來新思路。面向“雙鏈”融合發(fā)展的障礙，數(shù)字孿生技術突破了現(xiàn)實與虛擬、時間與空間的桎梏，在促進“雙鏈”全過程整合與全時空交互中，調節(jié)“雙鏈”上下游各參與主體在運行機制、認知或目標上的結構性差異，控制產業(yè)網(wǎng)絡和創(chuàng)新網(wǎng)絡在發(fā)展過程中的碎片化趨向，轉變產業(yè)政策與創(chuàng)新政策在設計布局、資源分配上的非協(xié)同問題，實現(xiàn)從單點優(yōu)化范式到“雙鏈”協(xié)同范式的重構與升級。

囿于各方面因素，數(shù)字孿生技術仍然存在不足之處，可能限制其發(fā)揮驅動“雙鏈”融合的作用［55］。在技術實現(xiàn)方面，數(shù)字孿生技術所具有的預測與決策功能依托大量數(shù)據(jù)的集成，“雙鏈”融合中涉及的數(shù)據(jù)呈指數(shù)級上升，虛擬模型的動態(tài)運行存在不確定性風險。在隱私安全方面，在“雙鏈”融合的過程中，數(shù)據(jù)的經濟性被放大，這也提高了其泄露或被竊取，甚至被用于不當目的的風險。在權責管理層面，“雙鏈”融合過程中的參與主體眾多，加之數(shù)字孿生技術本身的復雜性與專業(yè)性，導致技術責任邊界模糊，可能陷入裁決不公或無力問責的困境。

總體而言，本研究系統(tǒng)梳理了產業(yè)鏈與創(chuàng)新鏈的理論內涵、融合現(xiàn)狀與數(shù)字孿生技術的概念內涵、使能作用，提出以數(shù)字孿生技術驅動“雙鏈”全過程整合和全時空交互的實現(xiàn)路徑，在“雙鏈”深度融合中助推創(chuàng)新鏈自主可控、產業(yè)鏈安全可靠。但數(shù)字孿生技術應用于“雙鏈”融合的具體實踐仍需進行進一步的研究與探索，未來研究可以向技術實施與實踐方案兩個不同側重點聚焦，詳細檢驗數(shù)字技術驅動“雙鏈”融合的特征與共性；此外，本研究提出的全過程整合與全時空交互兩條路徑是否可以拓展至更一般的場景，也值得未來進一步探究。