数字孪生已经从科学研究走进了工程应用，尤其在智慧医疗、智慧城市、智能制造和军事应用等领域，数字孪生已经取得了很大的发展，其中工业互联网更是成为数字孪生扩展应用场景的孵化床，智能制造领域的数字孪生正向更广阔的工业互联网空间延伸。按照生命周期维度，基于工业互联网的数字孪生应用主要有四类：产品设计、工艺优化、虚拟工厂和远程维护。

在产品设计领域，传统仿真技术自上世纪末就开始向硬件在环、软件在环、人员在环等方向快速发展，早在工业互联网概念提出之前，物联网技术就已经成为仿真的底层支撑技术，仿真技术和数字孪生技术的界限已经模糊化，工业互联网平台对于产品设计的数字孪生支撑作用也并不很明显，对产品设计的数字孪生起到核心支撑作用的是基于模型的系统工程（Model-Based Systems Engineering，MBSE）。

在工艺优化领域，计算机辅助工程（Computer AidedEngineering，CAE）软件自上世纪60 年代诞生开始，已经在电子、造船、航空、航天、机械、建筑及汽车等各个领域中得到了广泛的应用，成为最具有生产潜力的工具。但是传统CAE 也遇到了两类典型问题，一是所需的数据量大，数据模拟工作量大，而且随着条件的改变需要多次模拟数据，计算效率和计算时间都很难令人满意；二是很多专有领域没有适合的CAE 软件，工艺优化能力还处于较低水平。工业互联网平台可以很好的弥补这两方面的不足：通过物联网和人工智能技术，可以大幅提升仿真参数数据库的构建效率；通过大数据和人工智能技术，可以找出工艺参数和结果之间的机理关系，弥补CAE 在某些专有领域能力不足的问题。

在虚拟工厂领域，数字孪生应用的发展非常迅猛，对工业互联网平台的需求迫切度也很高。设备级的数字孪生关注设备的预测性维护和制造执行的稳定性；单元级或产线级的数字孪生关注生产作业过程优化；车间级或工厂级的数字孪生关注构建中枢大脑来管控整体运行；供应链级或产业链级的数字孪生关注广域资源的优化配置、上下游的生产协同。与产品设计、工艺优化领域不同，虚拟工厂领域的三维模型很少做定量的几何分析，三维模型更多起到承载指标的作用，指标也成为数字孪生的核心所在。工业互联网平台对于数字孪生的指标能够起到三个方面的关键作用：第一是融合IT 和OT 数据构建指标的能力，第二是提供实时、智能分析指标的能力，第三是基于指标驱动创新业务流程的能力。

在远程维护领域，数字孪生应用的发展同样迅猛，从技术角度看，有两大类技术路线，第一种技术路线和虚拟工厂的设备级数字孪生基本相似，已经有很多企业使用工业互联网平台构建健康类指标进行预测性维护，在提供时空和经济综合最优的维护服务的同时，还提升了维护的远程化水平、少人化水平；第二种技术路线则是将维护工作提前到产品设计乃至需求阶段，重新定义维护的方法和流程，其背后的使能技术是基于模型的系统工程。

综合来看数字孪生对于工业互联网平台的需求迫切度在虚拟工厂和远程维护领域最高；在工艺优化领域，需求迫切度次之；在产品设计领域，需求迫切度最低。

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