當前，數據即資產已成為共識。然而，面對呈現指數級增長的海量數據，如何有效利用，也成為了擺在無數企業面前的難題。數字主線（Digital Thread）作為一種更具戰略性的可實現跨團隊共享數據的技術，逐漸得到關注和重視。那么，數字主線是什么？為什么要做？如何構建數字主線？數字主線應用如何？該如何推進？本文將一一闡述。

當前，數據即資產已成為共識。然而，面對呈現指數級增長的海量數據，如何有效利用，也成為了擺在無數企業面前的難題。在近年來的數字化浪潮下，絕大多數企業的信息化已經達到一定水平，但業務系統之間數據斷層較多，產品生命周期數據被分散在多個系統中，數據的不一致、不完整、不及時等已開始影響前端業務的正常開展。企業迫切需要集成和打通這些數據，讓數據真正流動起來，驅動業務創新升級。

數字主線（Digital Thread）作為一種更具戰略性的可實現跨團隊共享數據的技術，逐漸得到關注和重視。那么，數字主線是什么？為什么要做？如何構建數字主線？數字主線應用如何？該如何推進？本文將一一闡述。

什么是數字主線

數字主線一詞起源于航空航天領域，最先是美國空軍和洛克希德·馬丁公司于2003年在聯合研發F-35時提出，數字主線實現了前所未有的設計數據和制造數據的打通，從而極大提升了軍用戰斗機制造與裝配的自動化程度。2013年，美國空軍在發布的《全球地平線》頂層科技規劃文件中，將數字主線視做有可能“改變游戲規則”的顛覆性技術之一，并認為系統工程將經歷從基于文件到基于模型再到基于數字替身的數字主線變革。國際知名PLM研究機構CIMdata也將數字主線列為數字化轉型的“關鍵十二要素”之一。

盡管數字主線備受矚目，但業內對于數字主線的定義并沒有統一，有著不同的理解。

? 美國空軍協同工作小組與工業界合作，將數字主線定義為：是一個可擴展、可配置、合成的企業級的分析框架，基于數字系統模型模板，無縫地加速在企業數據-信息-知識系統中權威的技術數據、軟件、信息 和知識的受控的相互作用，通過提供訪問、集成、變換等功能把完全不同的數據提煉成可操作性的信息，來為系統生命周期中的不同決策者提供決策依據。其中，數字系統模型指的是由所有利益相關者生成，集成了權威數據、信息、算法和系統工程過程的設備系統數字表示[1]。

?美國NIST（國家標準技術研究院）為數字主線設立專項，在《Enabling the Digital Thread for Smart Manufacturing》中定義：智能制造項目數字主線可以在整個產品生命周期中重新調整、使用和追溯信息。項目研究側重于標準和實施需求，以便在生命周期的每個階段之間交換信息，特別是在工程，制造和質量功能之間。各種生命周期過程的“信息孤島”正在慢慢地連接起來，形成信息的“數字主線”，這些信息被設想為整合和推動現代設計、制造和產品支持過程。

?CIMdata推薦的定義是：數字主線是一種信息交互的框架，能夠打通原來多個豎井式的業務視角，連通設備生命周期數據（也就是其數字孿生模型）的互聯數據流和集成視圖。數字主線通過強大的端到端的互聯系統模型和基于模型的系統工程流程（MBSE）來支撐和支持。

數字主線（來源：CIMdata）

在CIMdata看來，數字主線概念源于產品表示或結構在產品生命周期中被創建和使用，并隨著它們的逐步演進而產生；而產品結構配置之間不僅存在基于產品生命周期時間序列的線狀連接（線性關系），還衍生出網絡連接的相關性——存在網狀連接（多對多、雙向交付等關系），即數字化網絡；有了數字化網絡的表示，可以在產品結構之間定義并建立更高級別的模式，為用戶社區提供一個框架，以確定各個數據元素之間的相關性，即數字主線。

因此，數字主線實際上是網狀的，是發生在這些結構內和跨結構之間的各元素的實際連系，并且這種連系由實際用例來定義，還能根據不同的創建者和使用者的需要在生命周期中進行調整。CIMdata認為，將產品表示之間的關系描述為網狀，作為數字主線實施的范圍定義和設計規范的一種范式來說更加有用。

全生命周期數字化網絡（來源：CIMdata）

?埃森哲：數字主線是貫穿于公司各個職能部門和產品生命周期的信息流，涵蓋產品構思、設計、供應鏈、制造、售后服務等各個環節，及至包括外部的供應商、合作伙伴、和客戶產品的數據，使其能對產品及其運行提供全景的動態信息，賦能數字孿生的開發和更新。

? PTC：數字主線是指利用數字化技術，覆蓋產品全生命周期與全價值鏈，構建數物融合、貫通產品研發、制造、營銷、運營和服務等各環節的數字化數據流，為企業各個層面提供實時的數據分析和決策支持。

?西門子認為可以把數字主線看作是與最常用的功能程序（工程、項目管理、供應鏈、生產和產品支持）相一致的數字化網絡。這種安排不是單一功能單元中的串行流程，這些功能單元也不會相互獨立地運行。相反，數字主線實現了任務自動化，功能單元的互聯、集成和鏈接，因此用戶可以在任何時間、任何地點快速訪問、共享和管理整個產品生命周期內的項目細節。

?達索系統提出的是數字連續性（Digital Continuity）的概念，數字連續性是一種關聯所有利益相關者以在全球范圍內提高制造運營和供應鏈流程可見性、控制力和同步化的共享數字化遠景，它有助于實現卓越運營。結果提高了靈活性、延伸了整個企業內部的持續完善，并且擴展了全球供應鏈。通過提供基于模型的數據驅動型數字用戶體驗，制造商可以建立一套能在全球范圍內實現整體化創建、管理和控制的通用運營流程。

? GE：數字主線是貫通整個價值流的數據連接，它使數字資產成為驅動業務和決策自動化的關鍵，從而使企業獲得全面的洞察。數字主線代表了整個產品生命周期中所有端到端業務流程所關聯的數據和信息，能幫助企業縮短交貨周期、增加盈利能力及提高客戶滿意度等。

?羅克韋爾：數字主線是一種戰略框架，可通過實現關鍵業務職能的緊密聯系來優化產品、資產、系統或過程的生命周期。基于這種方案，整個價值鏈都可以獲取在設計、虛擬仿真和物理運營期間采集的統一數字數據。

?中國航空工業發展研究中心劉亞威先生定義：數字主線是一個應用于復雜組織體層級的可擴展 、可配置的分析框架，無縫連接系統壽命周期與采辦流程各階段的“數據－信息－知識”系統，利用先進的建模與仿真工具 ，支撐決策者進行有充分根據的決策 。數字主線創建富含知識的、互操作的、可以將系統各層級相關數據表達在虛擬世界的數字替身—數字系統模型。

結合上述定義，e-works認為數字主線是一種可以連接數據流的信息框架，基于該框架可以將產品全生命周期的各種數據高效整合，形成貫穿全周期的統一數字模型，并通過將各模型/數據基于特定的業務規則有機銜接起來，建立面向產品全生命周期的數字化網絡，從而為企業中不同的角色或系統，提供與產品有關的完整的、一致的、準確的信息。

數字主線的基本特征包括：

數字主線不僅可以聚合研產供銷服、供應商/設備制造供應商、合作伙伴等設計態和生產態數據，還可以使能產品物理設備與數字世界的連接，包含測試裝備、產品設備／網絡設備等運行態數據聚合。

在數字主線中，統一的全數字化模型貫穿始終。因此，數字主線需具備的功能包括：定義和管理數字產品元模型（含對象／關系）；生成和管理數字產品模型；定義和管理數字化產品（數字孿生模型）；定義數據對應的屬性、服務、事件、訂閱[2]。

數字主線統一了數據源，產品有關的數字模型采用標準和開放的描述，可以被穩定無歧義地讀取，并且各環節的模型能夠及時進行關鍵數據的雙向同步和溝通[3]。

數字主線提供了聚焦產品生命周期不同業務應用之間所需的集成，其以業務應用為核心進行聯通，打通的不僅僅是數據，更多的是業務。

為什么數字主線很重要？

在“2023CIMdata PLM市場與產業發展論壇”上，CIMdata公布了關于數字主線的研調，結果表明數字主線最突出的作用與“建立產品信息的可追溯性”有關，并提出數字主線的價值核心在于貫穿生命周期和上下游企業中源產品和變型產品之間的相關參數可追溯性。 盡管制造企業一直致力于數據鏈路的打通，包括推進設計制造一體化、全生命周期管理等，但從研發到運營各環節中數字量的連續流動仍然存在許多斷點，各自使用不同的模型描述，缺乏有效集成，且大多數企業各環節數據只能單向流動[4]。即工程部門將設計、模型和藍圖交給制造部門，制造部門盡量以最優方式把設計轉化為產品；在產品銷售之前的質量控制，通常是是將產品基本說明書與設計進行比對；維護和支持工作通常只是讓已交付的產品能正常運作而已。 而數字主線可以幫助企業打通信息全鏈路，讓數據在公司所有部門和流程間不斷流動形成一條連續的數據流，確保在發生變更時，各類產品信息的一致性；同時，還能向下傳遞、向上回溯，實現全價鏈端到端追溯、跨企業團隊和系統的協作和業務應用。例如，設計工程師可以實時在線獲取已交付產品的運行狀態及故障數據，從而在設計環境中進行仿真分析，實現產品快速迭代和質量問題閉環；服務工程師可在服務現場快速追溯產品構構、設計模型、生產記錄以及備件信息等[5]。

數字主線是打通信息孤島、組織壁壘的一種新手段。長期以來，制造企業采用的是以自身應用為中心的“煙囪式”信息化布局，導致孤島無處不在，面向產品全周期的數據割裂在不同的業務系統內，傳統的組織壁壘也限制了信息的流動和知識的共享；即使有信息交換，也很難確定數據的真實可靠。而數字主線打破了傳統體系下的信息孤島和組織壁壘，解決的是如何以產品與業務為核心，把數據模型化、對象化，使得數據能夠從前往后串聯起來，并能對數據快速提煉和復用，使各業務角色在需要用到特定數據的時候，及時、準確地獲得，從而改善協作，提升效率并降低出錯率。 數字主線可以促進MBE落地。實現MBE（基于模型的企業）是很多制造企業的發展目標，其將產品的完整定義通過數字化模型（主要是三維模型）進行表述，并擴展應用到產品全壽期的所有活動中，核心是使用模型來驅動產品全壽命周期的各個業務活動，保證數據的一致性和重用性；然而，當前領先企業也僅僅只實現了MBD（基于模型的定義），尚無法實現模型的持續性和模型驅動的業務[5]。數字主線是以統一的模型驅動產品全壽期各業務活動，其與MBD的結合將加速MBE的落地。

數字主線能有效地評估系統在其生命周期中的當前和未來能力。數字主線基于在整個生命周期內形成的統一數字化模型，可以動態、實時評估系統的當前和未來的功能和性能。尤其是隨著數字孿生技術的發展，數字主線可將將物理世界和數字世界結合起來，使企業能夠預測性能并優化產品。例如，在產品開發之前，通過仿真的方法及早發現系統性能缺陷，優化產品的可操作性、可制造性、質量控制，以及在整個生命周期中應用模型實現可預測維護[6]。 此外，數字主線還有助于企業提高數據價值，將有限的資源集中在核心數據上，為建立數字孿生、數據分析、數據挖掘等提供基礎。

如何構建數字主線？ 構建數字主線意味著將分散的碎片化數據和信息連接起來形成一個完整視圖。PLM作為統一的數據管理與集成平臺，是數字主線的基礎，也是構建數字主線的重要技術。據研究公司Tech-Clarity的一份報告證實，業績優異的公司使用PLM來支持數字主線的可能性要高出73%。 據了解，最開始美國空軍和洛克希德·馬丁的F-35項目在應用數字主線概念時，即主要通過PLM打通設計與制造之間的數據鏈路。基于PDM/PLM的數字主線，洛克希德·馬丁可直接將工程設計中的三維模型用于制造，包括加工模擬、NC編程、三維坐標儀的測量以及工裝的設計，也直接用于后續培訓及運維相關配套系統的開發。另外，數字主線形成的統一、權威數據源存儲在PLM中，可無縫地被世界各地的合作伙伴和供應商直接使用，極大地提高了產品設計、制造以及運維協同的效率和準確性[7]。

洛克希德·馬丁F-35的數字主線 隨著數字主線的不斷發展，構建以BOM為核心的數字主線興起，其將數字主線延伸到了產品全生命周期，并提高了可追溯性和分析效率。企業利用不同的BOM視圖將本視圖對應的所屬業務領域需要的信息組織起來，再通過建立BOM視圖之間的關聯來實現跨視圖的產品數據追溯和更改[5]。其仍然是以PLM作為產品單一數據源進行數據組織和實現。 此外，PTC、西門子數字化工業軟件、達索等廠商也均提出其PLM解決方案可以幫助企業構建數字主線。 然而，想要在整個企業范圍內擴展數字主線，僅僅有PLM是不夠的。近年來不斷涌現新的數字主線集成技術。其中，IBM提出了一套主要用于解決生命周期工具集成問題的技術規范——OSLC（Open Services for Lifecycle Collaboration，生命周期開放協作服務）。使用OSLC規范的系統可以更容易地維護不同軟件商的工具集成并更好地在工具之間共享信息，促進實現跨領域、應用程序和組織的數字主線。例如，基于OSLC的PLM可以更好地與供應商管理系統集成以記錄和跟蹤零部件優選、采購、到貨、入庫等全過程。

基于OSLC實現跨領域、應用程序和組織的

數字主線（來源：OSLC官網）

另外，為了更好地鏈接各業務環節相關的多方面數據，業界也提出使用中臺架構來構建數字主線，即數據主線不再依賴任何一個傳統的數據源系統，而是基于所有的系統和設備之上，匯聚企業所有數據，實現跨部門、跨系統業務重組，快速響應前端應用需求。 工業互聯網平臺作為工業企業實現中臺架構的關鍵技術平臺，被認為是實現數字主線的落地技術[5]。例如，在PTC看來，通過工業互聯網平臺的連接能力可以將業務系統、生產執行、過程控制、設備傳感器等中的數據互聯互通；業務建模能力則可以幫助企業以業務為對象將各種數據組織起來，并基于特定的業務邏輯建立關聯，形成特定的業務鏈，基于這個業務鏈即可以實現數據流轉和業務驅動；進一步構建一個個工業APP，就可以靈活實現前端調用。

基于工業互聯網的數字主線構建（來源：PTC）

數字主線應用實踐

基于美國空軍對于數字主線的重視，航空工業開展了一系列數字主線項目 。例如，除了前文提到的F-35項目，美國空軍還針對A-10戰斗機基于MBD和PLM構建了全生命周期使用維護階段的數字主線。A-10是在20世紀70年代使用二維圖樣設計的戰斗機，為了延長其服役壽命，開展了使用數字工程技術升級改造A-10機翼的更換計劃（WRP）。在該計劃中，A-10 WRP項目辦公室選擇在 A-10 機翼零件和組件上使用MBD，以統一的 Adobe 3D PDF 格式生成零件的“繪圖”文檔，以降低成本和提高質量。據了解，WRP項目產生了大約 10000 個不同零件的設計模型報告，這些新的 3D PDF 零件報告包含制造商、供應商和臨時用戶執行其支持功能所需的所有信息。此外，A-10 還將維修信息映射到三維模型上。通過數字主線的應用，A-10機翼質量減輕了12%，而壽命則增加了 8 倍。普拉特·惠特尼集團公司是美國最大的兩家航空發動機制造公司之一，僅在兩個發動組件制造中使用數字主線，通過量化不確性和面向波動的設計實現基于性能的產品定義，減少廢品和返工，每年預計可以節省高達4200萬美元的成本。

隨著數字主線受到越來越廣泛的關注，其在工程機械、汽車、信息與通信等行業也得到應用。如通過對質量數字主線正向或反向的遍歷來回顧所學知識，以解決質量問題；構建訂單數字主線，通過將CRM中的用戶及訂單數據、PLM中的產品設計數據、ERP中的生產計劃和物料數據、交付的物理產品及服務數據都串聯起來，建立用戶、訂單、設計產品、供應商、實物產品等模型之間的關聯，形成訂單數字鏈路，通過用戶訂單追溯到訂單產品、實物產品的生產序列號及供應間供貨記錄等，通過實物產品的序列號追溯到產品設計數據、生產批次以及對應的客戶訂單等（如下圖）。

訂單數字主線（來源：PTC） 總體而言，目前數字主線的應用還處于初級階段，主要以單點式應用為主，還沒有企業形成完整的數字鏈路。主要原因在于：對數字主線概念的理解尚不成熟；不同廠商的工具和系統之間缺乏互操作性和統一的標準，數據模型的可訪問性差；數字主線充分結合了各企業自身的業務和運作模式，無法通用；數據是數字主線的基礎，數據治理仍然是企業的大問題；構建數字主線并不是一件容易的事情，以業務場景為核心的信息梳理等工作難度較大；數據主線是一個持續建設、從局部到全面的過程。

數字主線推進建議 在數字化轉型浪潮下，數字主線是制造業推進數字化轉型和智能制造的戰略舉措和現實途徑之一。對于制造企業，建議推進數字主線遵循“大處著眼，小處著手”的實施策略，首先進行全局規劃，以便在分解組建后各部分能重新組合在一起，然后再逐步實施。如企業可以PLM為基礎，從連接設計和制造開始，實現從產品數字設計到BOM轉換、流程規劃和驗證的可追溯性及連接性，并逐步形成整個生命周期BOM的數字主線。 在具體的實施過程中，企業須建立明確的應用需求，并以特定應用場景為驅動，包括需要建立什么樣的數字模型，數據來源于哪些業務系統，如何去連接這些系統，完成一個場景的建設，再逐步延伸到下一個場景，同時還需通過業務場景不斷優化迭代前期的模型，最終形成完整的數字網絡。另外，健全的數據治理和清潔的數據庫對于數字主線的成功推進具有非常重要的作用，特別是隨著數字主線應用的激增。

編輯：黃飛