農(nóng)戶增收背景下數(shù)字孿生融入特色農(nóng)業(yè)供應(yīng)鏈的應(yīng)用探討

摘" 要：發(fā)展特色農(nóng)業(yè)是實現(xiàn)共同富裕、推動農(nóng)戶增收的重要手段。然而，傳統(tǒng)的特色農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈的智能化、數(shù)字化程度低，導致供應(yīng)鏈存在對市場的反應(yīng)速度慢、生產(chǎn)效率低等問題。為了助力特色農(nóng)業(yè)的發(fā)展，推動提高特色農(nóng)業(yè)區(qū)農(nóng)戶收入，該文深入探討基于數(shù)字孿生技術(shù)下的特色農(nóng)業(yè)供應(yīng)鏈的發(fā)展狀況，了解在特色農(nóng)業(yè)供應(yīng)鏈中數(shù)字孿生技術(shù)融入應(yīng)用的情況，構(gòu)建以特色農(nóng)業(yè)供應(yīng)鏈數(shù)據(jù)作為運算底層邏輯的數(shù)字孿生系統(tǒng)，通過發(fā)揮數(shù)字孿生供應(yīng)鏈的數(shù)據(jù)管理運作優(yōu)勢，提升供應(yīng)鏈運轉(zhuǎn)效率，幫助特色農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)突破瓶頸，進而推動共同富裕。

關(guān)鍵詞：數(shù)字孿生；農(nóng)戶增收；智慧農(nóng)業(yè)；供應(yīng)鏈；特色農(nóng)業(yè)

中圖分類號：F323" " " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2096-9902（2023）08-0001-07

Abstract： The development of characteristic agriculture is a crucial factor in achieving common prosperity and increasing farmers' income. However， the traditional supply chain for characteristic agricultural products is not intelligent and digital enough， resulting in slow market response and low production efficiency. To support the development of characteristic agriculture and improve the income of farmers in these areas， this paper deeply explores the development of characteristic agricultural supply chains based on digital twin technology. We examine the integration of characteristic agricultural supply chains and digital twin technology， and construct a digital twin system using the data from the characteristic agricultural supply chain for computing the underlying logic. By leveraging the data management and operational advantages of the digital twin supply chain， we can enhance the operational efficiency of the supply chain， help the characteristic agricultural industry overcome bottlenecks， and promote common prosperity.

Keywords： digital twins; increasing farmers' income; smart agriculture; supply chain; characteristic agriculture

促進農(nóng)民持續(xù)增收，是鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的中心任務(wù)。在2022年度的《政府工作報告》中，突出要“促進鄉(xiāng)村全面振興”“促進農(nóng)業(yè)豐收、農(nóng)民增收”，反映了中央對促進農(nóng)戶增收、縮小城鄉(xiāng)居民收入差距和推動共同富裕的高度重視。目前我國正在邁入數(shù)字化時代，繼數(shù)字技術(shù)率先在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)落地應(yīng)用后，數(shù)字化趨勢正在逐步擴展到農(nóng)業(yè)，農(nóng)業(yè)現(xiàn)正處在向數(shù)字化轉(zhuǎn)型的風口浪尖。《數(shù)字鄉(xiāng)村發(fā)展戰(zhàn)略綱要》強調(diào)要重視數(shù)字鄉(xiāng)村的發(fā)展和建設(shè)，在農(nóng)產(chǎn)品優(yōu)勢產(chǎn)區(qū)圍繞農(nóng)產(chǎn)品透明供應(yīng)鏈、農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)智能服務(wù)等方向，推動建設(shè)智慧農(nóng)業(yè)工程，開發(fā)智慧農(nóng)業(yè)的潛力。從我國當代農(nóng)情出發(fā)，審視我國農(nóng)業(yè)發(fā)展與西方發(fā)達國家之間的差距，只有我國農(nóng)業(yè)真正開發(fā)智慧農(nóng)業(yè)的潛力，才能切實保障農(nóng)民的收益，同時特色農(nóng)業(yè)的數(shù)字化對推動農(nóng)戶增收，進一步縮小我國城鄉(xiāng)居民收入差距，實現(xiàn)共同富裕這一時代目標提供有力的保障。相應(yīng)地，就需要聚焦于構(gòu)建數(shù)字化特色農(nóng)業(yè)供應(yīng)鏈。

在我國政策大力推動智能農(nóng)業(yè)發(fā)展的情況下，建設(shè)數(shù)字化特色農(nóng)業(yè)供應(yīng)鏈離不開理論框架體系的構(gòu)建，現(xiàn)階段在數(shù)字孿生應(yīng)用領(lǐng)域，越來越多學者在農(nóng)業(yè)與數(shù)字孿生結(jié)合應(yīng)用的方向進行了系統(tǒng)深入的探討和研究。分視角來看，其一，學者們側(cè)重探討孿生系統(tǒng)對現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響，例如李煒等[1]在研究國外數(shù)字孿生技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了作物數(shù)字孿生系統(tǒng)用以全面了解農(nóng)場和作物生長狀態(tài)。其二，如何基于現(xiàn)有技術(shù)構(gòu)建數(shù)字孿生模型并應(yīng)用于現(xiàn)實，例如Verdouw等[2]發(fā)表了以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的數(shù)字孿生模型，對不同數(shù)字孿生模型概念做了進一步解釋及分類。其三，農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)后監(jiān)控關(guān)系著行業(yè)的監(jiān)管和農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)管理，目前已有學者在這方面做出研究，例如Defraeye等[3]構(gòu)想了數(shù)字孿生技術(shù)在產(chǎn)后農(nóng)產(chǎn)品溯源領(lǐng)域的應(yīng)用，研究了數(shù)字孿生在傳感器的幫助下確定產(chǎn)品質(zhì)量狀態(tài)，相關(guān)信息的匯總應(yīng)用為農(nóng)產(chǎn)品的營銷及物流運轉(zhuǎn)提供了科學的數(shù)據(jù)決策基礎(chǔ)。其四，在物流配送環(huán)節(jié)，有學者對如何在配送管理中融入數(shù)字孿生做出研究，例如鄧建新等[4]為提高物流配送效率，構(gòu)建以數(shù)字孿生為底層數(shù)據(jù)基礎(chǔ)的配送管理系統(tǒng)，并用實例演示了系統(tǒng)功能的實現(xiàn)。

各項先前的研究從理論到實踐論證了數(shù)字孿生在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的方法和途徑，不過從整體上看，由于相關(guān)文獻大多未能從農(nóng)業(yè)供應(yīng)鏈全鏈角度來探討數(shù)字孿生的影響作用機制情況，數(shù)字孿生融入農(nóng)業(yè)供應(yīng)鏈的方法和途徑研究較少，所以本文以前人的研究作為基礎(chǔ)，對數(shù)字孿生及數(shù)字孿生供應(yīng)鏈的概念做出解釋，解釋了數(shù)字孿生運作的基本系統(tǒng)架構(gòu)，并設(shè)計了數(shù)字孿生融入特色農(nóng)業(yè)供應(yīng)鏈的框架體系，該架構(gòu)力求利用孿生系統(tǒng)分析特色農(nóng)業(yè)供應(yīng)鏈，全面提升供應(yīng)鏈的運作效率和其與市場的切合程度，在此框架上研究了此套系統(tǒng)在農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)、展示宣傳和物流配送等方面的應(yīng)用，最后針對當代農(nóng)情，為我國特色農(nóng)業(yè)供應(yīng)鏈與數(shù)字孿生技術(shù)有機融合發(fā)展提供合理化建議。

1" 數(shù)字化供應(yīng)鏈與數(shù)字孿生的相關(guān)概念

1.1" 數(shù)字孿生的相關(guān)概念

實現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型及產(chǎn)業(yè)升級目標，其中一個重要方法手段就是數(shù)字孿生，其最早用于航空航天產(chǎn)品的生命周期的管理，用以提升航空航天飛行器零部件生產(chǎn)制造效率，不過這項技術(shù)在現(xiàn)階段的學術(shù)界并沒有一個統(tǒng)一的定義。學者在工程制造領(lǐng)域應(yīng)用數(shù)字孿生技術(shù)這一部分存在較大的分歧，波音公司撰寫發(fā)行“DSM和數(shù)字孿生體白皮書”（Digital System Model/Digital Twin Whitepaper），并且提出了對未來波音公司通過使用數(shù)字孿生技術(shù)向工業(yè)4.0轉(zhuǎn)型升級的展望。隨后美國航空航天局（NASA）和美國空軍也開始使用數(shù)字孿生技術(shù)，構(gòu)建以壽命管理模型和飛行器模型為基礎(chǔ)的數(shù)字化模型，以此為底層數(shù)據(jù)核心來收集飛行器使用數(shù)據(jù)及歷史維護數(shù)據(jù)，以此模擬飛行器的使用情況，在飛行器執(zhí)行任務(wù)期間精準地、實時地模擬飛行器使用情況[5]。隨后，該項技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的產(chǎn)品設(shè)計、質(zhì)量監(jiān)管、工廠管理、產(chǎn)量預(yù)測和故障排除等方面開始被接納使用并漸漸展現(xiàn)出其先進的技術(shù)優(yōu)勢，例如在工廠管理體系中，陰艷超等[6]研究了從多個維度對工業(yè)生產(chǎn)制造的流水線進行數(shù)字化建模， 構(gòu)建了生產(chǎn)制造流程中可視化監(jiān)控模型；在物流管理領(lǐng)域，曾艾婧等[7]建立了對供應(yīng)鏈物流的數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用途徑，使用五維DT和數(shù)字建模設(shè)計了基于數(shù)字孿生的物流配送框架，驗證了數(shù)字孿生對實現(xiàn)更優(yōu)化物流配送的可行性。

作為各個產(chǎn)業(yè)向數(shù)智化轉(zhuǎn)型的重要技術(shù)手段，數(shù)字孿生在各個領(lǐng)域的使用方法正在逐漸走向成熟。現(xiàn)階段從不同角度來對該技術(shù)賦予相應(yīng)的定義，本文采用羅戈研究[8]于2020年發(fā)布《數(shù)字供應(yīng)鏈孿生研究報告》中對數(shù)字孿生的定義：“數(shù)字孿生是真實世界實體或系統(tǒng)的數(shù)字表示。”在此基礎(chǔ)上本文提出對數(shù)字孿生的解釋，數(shù)字孿生通過導入所收集到的數(shù)據(jù)及數(shù)字化建模數(shù)據(jù)，從物理層面來對目標進行數(shù)字化衡量，收集并及時上傳目標服務(wù)數(shù)據(jù)，使孿生數(shù)據(jù)被保存并不斷更新，通過數(shù)據(jù)建模方式來對巨量的信息進行可視化處理，最后對數(shù)據(jù)進行分析，展示和預(yù)測目前及將來的狀況。

1.2" 特色農(nóng)業(yè)供應(yīng)鏈數(shù)字孿生系統(tǒng)的先進性

近年來創(chuàng)新型數(shù)字技術(shù)誕生期和更新周期越來越短，部分地區(qū)已經(jīng)開始使用數(shù)字化技術(shù)提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，其中不乏特色農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)區(qū)。從現(xiàn)階段各級政府的行政思路及農(nóng)業(yè)扶持政策的情況來看，地方特色農(nóng)業(yè)發(fā)展必須要采取因地制宜的發(fā)展方針和原則，這是促進農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級的重要手段，并且我國農(nóng)產(chǎn)品種類豐富，地形復雜且氣候多樣，特色農(nóng)業(yè)在產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展方面具有獨特的優(yōu)勢和強勁的潛力。但同時，特色農(nóng)業(yè)存在產(chǎn)品單一、經(jīng)營風險大、難推廣和地域特征明顯等一系列問題，較大的經(jīng)營風險使得部分農(nóng)戶不愿意種植特色農(nóng)產(chǎn)品。所以我國應(yīng)從數(shù)字化技術(shù)的角度來對以上問題進行解決，通過數(shù)字化技術(shù)方式途徑來推動特色農(nóng)業(yè)供應(yīng)鏈數(shù)字化升級轉(zhuǎn)型，在研究數(shù)字孿生技術(shù)融入特色農(nóng)業(yè)供應(yīng)鏈過程中，期盼該技術(shù)將帶來以下幾點影響。

1.2.1" 提升供應(yīng)鏈流程之間的連接性

特色農(nóng)業(yè)供應(yīng)鏈上下游信息交互效率較低，例如部分特色農(nóng)產(chǎn)品有使用冷鏈物流運輸?shù)男枨螅３Ｓ捎谛畔⒔唤硬患皶r導致運輸車空倉率高，特色農(nóng)產(chǎn)品運輸過程中損耗大，冷鏈運輸缺乏供應(yīng)鏈流程之間信息交互的統(tǒng)籌規(guī)劃，復雜多樣的特色農(nóng)業(yè)供應(yīng)鏈流程間缺乏配合和協(xié)作。為提升各流程之間的銜接性，在構(gòu)建數(shù)字孿生供應(yīng)鏈過程中，要突出統(tǒng)一化的數(shù)據(jù)管理模式優(yōu)勢和價值，國外學者Ala-Laurinaho等[9]提出建立一個通過API（應(yīng)用程序編程接口）連接訪問系統(tǒng)使來自不同領(lǐng)域物理數(shù)據(jù)都可以被訪問和使用的數(shù)據(jù)鏈。通過收集各個環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)，連接供應(yīng)鏈上的所有環(huán)節(jié)，以此將不同利益相關(guān)者之間的信息壁壘進行消除。

1.2.2" 提升全供應(yīng)鏈可視性

隨著信息化時代的到來和發(fā)展，傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)市場銷售渠道在新時代下暴露出諸多不足，所以其慢慢被電商平臺所替代，方便的線上購物刺激著消費的同時帶來了特色農(nóng)產(chǎn)品銷量激增，其對供應(yīng)商的供貨能力及產(chǎn)品更新能力提出了更高標準的要求，現(xiàn)實常常出現(xiàn)供應(yīng)商由于自身獲取信息能力不足，導致存貨無法售出。銷售地點有充足需求的情況下，如果因為貨源不足而造成無法提供充足產(chǎn)品給消費者，那么在整體供應(yīng)鏈條上就會出現(xiàn)因分銷商與供應(yīng)商之間信息不對稱造成的損失。所以有部分學者認為產(chǎn)品全生命周期管理是數(shù)字孿生得到運作的機制原理，例如Grieves等[10]研究了數(shù)字孿生在復雜環(huán)境梳理運用信息的過程中，將與產(chǎn)品相關(guān)的所有信息集合到一個全面化、多維度的產(chǎn)品管理系統(tǒng)中，包括產(chǎn)品的貨源地信息、產(chǎn)量、分銷地信息和需求量等等。

1.2.3" 提升供應(yīng)鏈反應(yīng)的靈敏性

特色農(nóng)產(chǎn)品從貨源地被采摘到消費者的餐桌需要經(jīng)過“采摘—加工—一級分銷商—二級分銷商—…—消費者”全供應(yīng)鏈流程，由于不同批次所出產(chǎn)的特色農(nóng)產(chǎn)品對應(yīng)著相應(yīng)的農(nóng)產(chǎn)品生命周期階段，而且產(chǎn)品物流運輸及生產(chǎn)都需要大量時間保障，供應(yīng)鏈響應(yīng)市場需求或面對緊急情況往往需要長時間反應(yīng)，容易造成供應(yīng)鏈斷鏈情況發(fā)生。從以上所反饋的問題來看，數(shù)字孿生與特色農(nóng)業(yè)供應(yīng)鏈進行有機融合可以做到包括但不僅限于以下環(huán)節(jié)的應(yīng)用。在生產(chǎn)方面，對農(nóng)作物各項數(shù)據(jù)的收集、記錄和處理，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有望做到提升單位面積產(chǎn)量和農(nóng)產(chǎn)品生長速度。在物流方面，對道路和冷庫及配送單元等物理單位進行數(shù)字化建模，基于大數(shù)據(jù)分析擬定最佳配送方案，例如曾艾婧等[7]設(shè)計數(shù)字孿生物流配送框架，證明了數(shù)字孿生提升物流配送速度的可行性。由此，數(shù)字孿生在融入特色農(nóng)業(yè)供應(yīng)鏈中，管理著特色農(nóng)產(chǎn)品的生命周期，壓縮生產(chǎn)和市場變化之間的滯后期，從而提升市場需求與供應(yīng)鏈之間的響應(yīng)速度。

2" 基于數(shù)字孿生的特色農(nóng)業(yè)供應(yīng)鏈模型構(gòu)建

2.1" 數(shù)字孿生系統(tǒng)架構(gòu)

數(shù)字孿生系統(tǒng)運行需要大量供應(yīng)鏈數(shù)據(jù)支撐，因此完成數(shù)字孿生系統(tǒng)框架的構(gòu)建后，需要推動特色農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈各個流程和對象的數(shù)字化進程。為了保障數(shù)字孿生技術(shù)切實地融入特色農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈，陶飛等[11]學者基于對數(shù)字孿生模型的研究，構(gòu)建了一套理論體系，這一體系是以數(shù)字孿生為基礎(chǔ)，構(gòu)建的特色農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈系統(tǒng)架構(gòu)，如圖1所示。為實現(xiàn)數(shù)字孿生動態(tài)感知、決策優(yōu)化、虛擬仿真和模擬預(yù)測功能，該架構(gòu)解釋了如何將信息化、數(shù)字化的流程在系統(tǒng)中產(chǎn)生作用，最終指導實際業(yè)務(wù)操作。

圖1" 數(shù)字孿生系統(tǒng)架構(gòu)

數(shù)字孿生系統(tǒng)架構(gòu)的搭建如圖1所示，數(shù)據(jù)的來源分為PC端、移動設(shè)備及智能傳感器，收集方法分為自動收集和人工操作收集。根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的程序，智能傳感器收集流程控制中發(fā)生的必要信息，或是人工通過PC、移動設(shè)備和掃描儀等終端操作收集，通過大數(shù)據(jù)技術(shù)儲存匯總到API應(yīng)用程序編程接口，在輸入數(shù)據(jù)的過程中，對不同項目的數(shù)據(jù)格式進行格式的規(guī)范，通過數(shù)字孿生技術(shù)來對數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)進行共享控制及設(shè)定虛擬環(huán)境，通過實時共享目標項目所收集的數(shù)據(jù)模擬物理世界，為動態(tài)感知效果的實現(xiàn)提供數(shù)據(jù)支持，并通過數(shù)據(jù)對真實世界的實時狀態(tài)進行分析和模擬，優(yōu)化管理者做出決策，進而優(yōu)化供應(yīng)鏈管理。該架構(gòu)主要由4個層面組成，即實際服務(wù)層、動態(tài)感知層、信息傳輸層和虛擬環(huán)境層。

實際服務(wù)層是特色農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈各項流程業(yè)務(wù)的概括，包括生產(chǎn)基地的培育種植、加工工廠生產(chǎn)線的運作、農(nóng)產(chǎn)品物流運輸、農(nóng)產(chǎn)品的宣傳和銷售等。對物流資源、加工工廠和生產(chǎn)基地等實體資產(chǎn)的數(shù)據(jù)進行收集，通過數(shù)字化建模亦或是人工輸入獲取實體物理數(shù)據(jù)、服務(wù)效率和現(xiàn)實狀態(tài)等信息，監(jiān)控其外部、狀態(tài)和操作環(huán)境信息。除了物理實體數(shù)據(jù)的錄入，也包括供應(yīng)鏈中非物理實體譬如流程中市場信息、貨源信息等有價值信息的錄入。

動態(tài)感知層是對物理實體監(jiān)控和實際狀態(tài)數(shù)字化傳輸、表示的概括，在智能傳感器設(shè)備、藍牙技術(shù)、射頻識別技術(shù)（RFID）、ZigBee技術(shù)、人工輸入和GIS技術(shù)等基礎(chǔ)上對現(xiàn)實世界中物理實體的實際狀態(tài)、行為和地理位置達成動態(tài)感知。對于復雜的信息例如訂單信息、貨源信息等通過大數(shù)據(jù)技術(shù)和數(shù)字孿生系統(tǒng)進行收集和分析。保證現(xiàn)實世界的各項信息在系統(tǒng)的虛擬空間中同步映射。

信息傳輸層即利用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在各個終端之間提供數(shù)據(jù)傳輸，確保數(shù)字孿生系統(tǒng)服務(wù)器數(shù)據(jù)庫可以接收到復雜信息數(shù)據(jù)流和物理實體數(shù)據(jù)，從而為數(shù)字孿生系統(tǒng)框架虛擬環(huán)境層的數(shù)據(jù)建模和分析提供可靠的數(shù)據(jù)，以此提高數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)的可持續(xù)性。

虛擬環(huán)境層即數(shù)字孿生系統(tǒng)架構(gòu)數(shù)據(jù)利用的核心，以數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)儲存、虛擬模擬和數(shù)據(jù)分析4大系統(tǒng)來支持數(shù)字孿生系統(tǒng)使其得以持續(xù)有序運行，通過各方軟件處理分析數(shù)據(jù)庫信息，實現(xiàn)對現(xiàn)實的模擬預(yù)測、動態(tài)感知、虛擬仿真和決策診斷等功能，通過對現(xiàn)實空間的模擬實現(xiàn)信息共享，不斷更新虛擬環(huán)境，通過對現(xiàn)實數(shù)據(jù)的分析處理，優(yōu)化供應(yīng)鏈真實業(yè)務(wù)服務(wù)，保證特色農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈體系的運作效率不斷提高。

2.2" 特色農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈體系

特色農(nóng)業(yè)向數(shù)字化發(fā)展的趨勢決定特色農(nóng)業(yè)供應(yīng)鏈的必要性，供應(yīng)鏈融合數(shù)字技術(shù)的使用將會成為常態(tài)。在特色農(nóng)業(yè)供應(yīng)鏈的運作過程中，數(shù)字孿生技術(shù)能夠?qū)ιa(chǎn)、倉儲和采購等供應(yīng)鏈環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)物理層面的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為數(shù)字形式，使供應(yīng)鏈中逐漸形成數(shù)字化網(wǎng)格體系。物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)為系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐，在孿生系統(tǒng)中模擬全供應(yīng)鏈運作流程，并通過數(shù)字形式可視化展示，實時傳輸現(xiàn)實數(shù)據(jù)保證虛擬供應(yīng)鏈和現(xiàn)實供應(yīng)鏈實時映射。提前加入決策者思想，在虛擬環(huán)境中對措施、想法結(jié)果進行調(diào)整和預(yù)測，通過對特色農(nóng)業(yè)供應(yīng)鏈的模擬，分析不斷反饋的現(xiàn)實數(shù)據(jù)及存在的歷史數(shù)據(jù)，實時優(yōu)化調(diào)整決策。

如圖2所示，在設(shè)計數(shù)字孿生系統(tǒng)架構(gòu)的過程中，以特色農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈為基礎(chǔ)，在設(shè)計前，對孿生供應(yīng)鏈進行構(gòu)建定義，以此保證相關(guān)建模符合功能實現(xiàn)的基本要求，即實時化、集成化、可視化和智能化，但同時供應(yīng)鏈是復雜的、動態(tài)的，由此該框架必須解決在全鏈條管理中融入數(shù)字孿生的具體挑戰(zhàn)。從全鏈條的角度對供應(yīng)鏈進行管理，意味著需要對供應(yīng)鏈全局有基本的知悉和控制，基本可以概括為信息的獲取和基于決策的控制。信息獲取依賴多項技術(shù)的融合使用，數(shù)字孿生供應(yīng)鏈即對供應(yīng)鏈實際狀態(tài)進行虛擬模擬，由此首先可以通過三維掃描或是人工輸入等手段獲取生產(chǎn)環(huán)節(jié)、物流環(huán)節(jié)和加工環(huán)節(jié)的實體資源數(shù)據(jù)，以數(shù)字化建模的方法建立虛擬孿生體，同時通過智能傳感器傳輸設(shè)備數(shù)據(jù)，在孿生系統(tǒng)中展現(xiàn)實時虛擬狀態(tài)。并且市場是供應(yīng)鏈存在和發(fā)展的基礎(chǔ)，市場信息無法通過基于模型的數(shù)字化建模表示，因此基于歷史交易數(shù)據(jù)和其他渠道獲取市場信息，主要以人工輸入的形式錄入系統(tǒng)，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)來對海量數(shù)據(jù)背后的商業(yè)價值進行挖掘分析，錄入系統(tǒng)中，最終存儲在孿生系統(tǒng)中用以支持決策。為在該體系中實現(xiàn)對供應(yīng)鏈管理做出基于全局的控制操作目標，這意味著必須存在基于數(shù)字孿生系統(tǒng)的反饋機制，在孿生系統(tǒng)元模型的基礎(chǔ)上，管理對象根據(jù)孿生系統(tǒng)最終做出的決策改變業(yè)務(wù)服務(wù)方式，依賴于特定使用目的，以不同形式對具體業(yè)務(wù)流程進行控制，例如物流裝箱環(huán)節(jié)，通過AR設(shè)備終端傳輸孿生系統(tǒng)模擬方案，現(xiàn)場人員根據(jù)方案裝箱。

3" 數(shù)字孿生系統(tǒng)在特色農(nóng)業(yè)供應(yīng)鏈中的應(yīng)用

3.1" 基于數(shù)字孿生的特色作物生產(chǎn)管理系統(tǒng)

數(shù)字孿生為技術(shù)基礎(chǔ)的農(nóng)業(yè)種植生產(chǎn)管理系統(tǒng)具有較大的管理技術(shù)優(yōu)勢，其為特色農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)種植階段提供信息化數(shù)字化全過程管理。特色農(nóng)產(chǎn)品的種植、培育過程是復雜且動態(tài)的，在農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)基地數(shù)字化的背景下，在種植生產(chǎn)過程中除了考慮氣候、土壤和疾病等客觀種植條件，還要結(jié)合市場信息，應(yīng)對多變的市場環(huán)境調(diào)整生產(chǎn)管理，這種情況需要農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理具有更高的管理標準，從以上要求來看，將植物工廠的運作模式融入到特色農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，在此基礎(chǔ)上有望率先實現(xiàn)數(shù)字孿生與特色農(nóng)業(yè)有機融合。植物工廠建立在封閉環(huán)境中，是一種室內(nèi)種植技術(shù)，從特色農(nóng)產(chǎn)品的播種、育苗、培育、移植、采摘再到包裝等整體工序?qū)崿F(xiàn)智能控制，擁有智能傳感器、農(nóng)業(yè)機器人等良好的數(shù)字化環(huán)境。但是當前植物工廠存在能耗大、運行成本高和作物標準化生產(chǎn)指標研究不健全等問題。基于數(shù)字孿生技術(shù)，首先通過數(shù)字建模技術(shù)對植物工廠的生產(chǎn)系統(tǒng)進行數(shù)字化建模，虛擬映射植物工廠實時運作狀態(tài)；其次是建立智能數(shù)據(jù)庫，收集作物生長環(huán)境信息及植物生長信息，除此外記錄作物對相應(yīng)生長環(huán)境產(chǎn)生的生長反應(yīng)，在數(shù)字作物生長系統(tǒng)完成對上述數(shù)據(jù)的智能化分析，進一步在數(shù)字孿生系統(tǒng)中模擬相應(yīng)措施的實施指導生產(chǎn)；最后通過農(nóng)業(yè)機器人執(zhí)行指令。數(shù)字孿生結(jié)合特色農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理，通過對數(shù)據(jù)的收集、分析和模擬，最終優(yōu)化決策，完善植物工廠中作物生產(chǎn)指標體系，通過精準培養(yǎng)降低植物工廠運行成本，提高產(chǎn)出效率，最重要的是在生產(chǎn)之前可以做到根據(jù)市場要求調(diào)整種植方案，這在以往的生產(chǎn)管理中很難體現(xiàn)。

圖2" 基于數(shù)字孿生的特色農(nóng)業(yè)供應(yīng)鏈體系

3.2" 基于數(shù)字孿生的特色農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流管理

積極發(fā)展農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流，推動特色農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流的數(shù)字化轉(zhuǎn)型是提升特色農(nóng)業(yè)供應(yīng)鏈服務(wù)水平的重要手段。農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流的構(gòu)建和發(fā)展意義在于更好地保證農(nóng)產(chǎn)品新鮮度，不過由于生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流供應(yīng)鏈涉及到諸多利益相關(guān)者，流通環(huán)節(jié)多且復雜，對農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流運輸效率提出了較高的要求，由此需要充分利用數(shù)字化技術(shù)提高物流的韌性及彈性。不過對比國外發(fā)達國家完善的信息化體系建設(shè)及成熟的冷鏈物體體系[12]，我國在冷鏈物流供應(yīng)鏈管理這一環(huán)節(jié)的數(shù)字化信息化體系建設(shè)還存在不足，存在經(jīng)營決策效率低，物流供應(yīng)鏈管理成本高等問題，所以必須要發(fā)揮數(shù)字化技術(shù)在管理方面的作用價值，加快促進農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈物流體系數(shù)字化管理程度，在特色農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流管理領(lǐng)域整合數(shù)字孿生技術(shù)。物流配送可以簡化為 “接受訂單—擬定配送計劃—分揀—裝箱—運輸配送—到達客戶點—卸貨”，在全流程中劃分為配送決策、裝箱卸貨和運輸配送3個階段，討論在這3個階段數(shù)字孿生技術(shù)的應(yīng)用。

在配送決策階段中，將訂單信息、倉儲信息等輸入數(shù)字孿生系統(tǒng)軟件，進行軟件數(shù)據(jù)篩選分析及再次優(yōu)化，配合人工決策最終自動生成優(yōu)化方案，指導物流供應(yīng)鏈的運行，提早做出應(yīng)對措施，提升供應(yīng)鏈彈性和柔韌性，促進實現(xiàn)供應(yīng)鏈物流配送管理的智能化信息化決策。

在裝箱卸貨階段，通過對標準化托盤的尺寸信息、訂單信息，以及冷鏈車箱體尺寸信息進行收集，建立農(nóng)產(chǎn)品標準化托盤及車廂的數(shù)字孿生體模型，首先在考慮不同配送順序、包裝要求和箱體空間利用率，客戶的多樣化需求的前提下，在孿生系統(tǒng)中模擬裝箱過程，再根據(jù)每一次獨立運輸進行個性化裝箱方案設(shè)計及分析，系統(tǒng)通過模擬結(jié)果智能篩選最優(yōu)裝箱方案，最終將方案可視化方式表達在終端上，現(xiàn)場人員按照模擬裝箱方案進行作業(yè)。

在運輸配送階段中，在數(shù)學孿生系統(tǒng)中模擬冷鏈物流運輸。通過采集道路信息、車輛信息和貨物信息構(gòu)建冷藏車輛配送的數(shù)字孿生模型，按配送管理階段模擬出的配送路線進行運輸，通過GPS等定位系統(tǒng)和數(shù)據(jù)回傳系統(tǒng)不斷反饋最新的冷藏車位置和道路信息，更新數(shù)字孿生平臺數(shù)據(jù)，保證虛擬數(shù)字模型和實際車輛同步運行，在數(shù)字孿生中通過對原路線道路信息的實時監(jiān)控模擬預(yù)測原定配送過程。但是現(xiàn)實管理過程中存在諸多不可控和復雜的因素，原路線發(fā)生意外情況或者訂單發(fā)生變化等意外因素時有發(fā)生，可以更新系統(tǒng)信息與及時更新最佳運輸路線，同時反饋給配送人員。

3.3" 基于數(shù)字孿生的農(nóng)產(chǎn)品展示宣傳

發(fā)展特色農(nóng)業(yè)是促進農(nóng)戶增收的重要手段，其發(fā)展離不開對特色農(nóng)產(chǎn)品的推廣，以及特色農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的教育、文旅等其他產(chǎn)業(yè)價值的開發(fā)。如今農(nóng)村電商快速發(fā)展，產(chǎn)生了例如線上直播、短視頻和線上店鋪產(chǎn)品展示等推廣手段，但上述方法較少展示特色農(nóng)產(chǎn)品全流程生產(chǎn)流程，難以充分展現(xiàn)特色農(nóng)產(chǎn)品與一般農(nóng)產(chǎn)品區(qū)分的特殊點。由此，在促進特色農(nóng)產(chǎn)品宣傳展示環(huán)節(jié)數(shù)字化的背景下，使用數(shù)字孿生技術(shù)打造對特色農(nóng)業(yè)供應(yīng)鏈在虛擬世界的孿生供應(yīng)鏈，并借助元宇宙技術(shù)實現(xiàn)VR終端設(shè)備連接虛擬和現(xiàn)實世界，從物理層面、時間層面、流程順序?qū)用婧统杀灸Ｐ蛯用鎰?chuàng)建模型，在虛擬世界中展現(xiàn)特色農(nóng)產(chǎn)品從產(chǎn)出端到消費端全過程。將一個平行數(shù)字宇宙誕生于虛擬世界中，從而達到消除客觀地理鴻溝的作用，讓消費者以一種沉浸直觀的方式感受特色農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈的運作和管理模式，首先可以滿足消費者的好奇心，并且可以讓投資者從不同的角度來對特色農(nóng)產(chǎn)品這一產(chǎn)業(yè)的商業(yè)價值進行科學的評估和界定，增強提高體驗者對當?shù)靥厣r(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)體系的信任和認知。在關(guān)注農(nóng)業(yè)產(chǎn)品的同時，還可進一步挖掘特色農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地的商業(yè)價值，在元宇宙世界的虛擬現(xiàn)實環(huán)境中融入數(shù)字旅拍、勞動教育等內(nèi)容，助力推動特色農(nóng)業(yè)文旅產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

4" 推動數(shù)字孿生融入特色農(nóng)業(yè)供應(yīng)鏈的發(fā)展建議

作為實現(xiàn)農(nóng)戶增收、促進共同富裕的重要手段，特色農(nóng)業(yè)的發(fā)展對供應(yīng)鏈運轉(zhuǎn)效率提出了較高的要求，由此建立數(shù)字化農(nóng)業(yè)供應(yīng)鏈應(yīng)該是未來發(fā)展方向。我國在數(shù)字孿生融入供應(yīng)鏈落地應(yīng)用中已有一定實踐，例如京東依托自身所擁有的整合供應(yīng)鏈結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上創(chuàng)立了數(shù)字孿生供應(yīng)鏈平臺，通過實現(xiàn)對實時業(yè)務(wù)流程的虛擬展示和數(shù)據(jù)分析，優(yōu)化管理者決策，從全鏈條角度對供應(yīng)鏈進行管理。當前數(shù)字孿生融入供應(yīng)鏈大多在理論研究階段，較少有理論和實際的相互融合。一方面因為在實際應(yīng)用中，技術(shù)裝備的標準化程度低，傳統(tǒng)裝備對數(shù)字化方式和數(shù)據(jù)傳輸格式提出較大的挑戰(zhàn)，影響了數(shù)據(jù)的收集和對實際物體在虛擬環(huán)境中建模。另一方面，構(gòu)建數(shù)據(jù)孿生系統(tǒng)技術(shù)研究需要更多突破，保障孿生供應(yīng)鏈的成功構(gòu)建。由此針對數(shù)字孿生融入供應(yīng)鏈中面臨的挑戰(zhàn)，提出以下建議。

4.1" 加快數(shù)字化裝備的研發(fā)設(shè)計進程

數(shù)字孿生系統(tǒng)在供應(yīng)鏈中的應(yīng)用需要在虛擬數(shù)字環(huán)境中生成物理、功能、成本和時間等層面的模型，即對各個流程的裝備進行數(shù)字化解構(gòu)，不過實際設(shè)計過程中，相當多一部分傳統(tǒng)裝備設(shè)計在產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域中并沒有統(tǒng)一的標準，此外其設(shè)計中亦沒有考慮融入數(shù)字化，提升了數(shù)字化建模的難度，成為數(shù)字孿生落地應(yīng)用的一大障礙。由此一方面建議提升物流設(shè)施、生產(chǎn)設(shè)施等環(huán)節(jié)裝備標準化程度；另一方面結(jié)合各學科知識，多學科緊密參與設(shè)計新型裝備，推動農(nóng)業(yè)裝備的智能化，為將來孿生系統(tǒng)的搭建提供良好客觀物理基礎(chǔ)。

4.2" 構(gòu)建完整合理的理論體系

特色農(nóng)業(yè)供應(yīng)鏈是復雜、多變的體系，從生產(chǎn)到銷售包含數(shù)個流程，各項業(yè)務(wù)通常同時進行，想要從全局觀提升流程之間的配合默契程度需要技術(shù)上的支撐，也需要完善的理論體系構(gòu)建。但是現(xiàn)有的研究對數(shù)字孿生基本體系的定義尚不統(tǒng)一，并且數(shù)字孿生技術(shù)的應(yīng)用由工業(yè)轉(zhuǎn)向農(nóng)業(yè)的研究較少。所以要加快基本理論體系的完善健全進度，明確數(shù)據(jù)收集的范圍、技術(shù)融入的機制標準，指導后續(xù)技術(shù)開發(fā)方向。

4.3" 加快關(guān)鍵技術(shù)的研究突破

數(shù)字孿生技術(shù)在國內(nèi)的研究和應(yīng)用尚處于起步階段，雖然有相當一部分行業(yè)已經(jīng)將數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用到生產(chǎn)管理中，企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營效率也因此得到提升，但是仍然被技術(shù)條件限制，無法開發(fā)其全部潛力。在搭建數(shù)字孿生系統(tǒng)中首先需要實現(xiàn)對實體物體的虛擬建模，由此應(yīng)當提高孿生仿真技術(shù)（Modeling）的研發(fā)投入，其次需要基于終端實現(xiàn)調(diào)控中心之間數(shù)據(jù)實時傳輸，加強對數(shù)據(jù)總線技術(shù)（DataBus）的研發(fā)，最后需要通過智能算法充分利用孿生數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)規(guī)律優(yōu)化最終決策，所以應(yīng)當加快大數(shù)據(jù)分析和挖掘技術(shù)（Analytical Mining）的研究突破。

4.4" 深化國際研究前沿企業(yè)、研究所之間交流合作

數(shù)字孿生最初由國外研究機構(gòu)提出，我國在該領(lǐng)域的相關(guān)研究還處于初級階段。部分國際知名企業(yè)例如空客、波音和諾格等，已經(jīng)在其擅長的領(lǐng)域設(shè)計出了一套以數(shù)字孿生技術(shù)為基礎(chǔ)的經(jīng)營優(yōu)化決策方案。建議積極對接國外研究機構(gòu)，推動數(shù)字孿生技術(shù)研究結(jié)果的實際應(yīng)用，深化和國外前沿研究機構(gòu)的交流與合作，通過外派專家和聯(lián)合創(chuàng)辦實驗室等形式互補劣勢、共享成果；和世界頂尖科研企業(yè)合作，促進前沿技術(shù)的引進和國內(nèi)數(shù)字孿生項目的孵化。

5" 結(jié)束語

隨著各行各業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型逐漸開始，農(nóng)業(yè)作為最古老的行業(yè)，隨著各項數(shù)字技術(shù)及數(shù)字化理論體系框架的不斷進步發(fā)展，在國家各項政策背景下，其數(shù)字化轉(zhuǎn)型道路也逐漸變得清晰。其中發(fā)展特色農(nóng)業(yè)生來具有的獨特意義，加快促進特色農(nóng)業(yè)供應(yīng)鏈領(lǐng)域的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，對全面提升優(yōu)化我國農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)及生產(chǎn)效率具有重要的產(chǎn)業(yè)價值和意義，而且在市場品牌重要性日益突出的信息化時代背景下，通過適合的數(shù)字孿生框架，發(fā)揮特色農(nóng)業(yè)供應(yīng)鏈全鏈條信息收集和分析處理優(yōu)勢，能夠改變傳統(tǒng)特色農(nóng)業(yè)的固有模式，通過對市場環(huán)境及客戶群體的分析，反作用于生產(chǎn)和物流運輸，能夠幫助生產(chǎn)端和銷售端進一步貼合，即生產(chǎn)更靠近市場，以獲得更大收入，達到針對市場條件精準進行生產(chǎn)的目標，優(yōu)化管理決策，幫助制定更好的生產(chǎn)、銷售方案。該項技術(shù)不僅僅可以提升對全供應(yīng)鏈的把控，在生產(chǎn)基地中，配合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)智能控制，分析培養(yǎng)操作對植物表型特征的長期影響數(shù)據(jù)，制定科學的標準種植方案，提升特色農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和品質(zhì)；在生產(chǎn)加工工廠中，仿照數(shù)字孿生技術(shù)在制造業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，對工廠各生產(chǎn)線進行數(shù)字化建模，在系統(tǒng)中實現(xiàn)生產(chǎn)全過程的實時虛擬映射，可視化地展現(xiàn)工廠生產(chǎn)，幫助工廠管理者做出決策，提升各條流水線效率；在生鮮特色農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流運輸中，于配送決策、裝箱和運輸階段中融入數(shù)字孿生技術(shù)，集合訂單需求及物流資源信息、高精度的管理冷鏈物流運輸，對提升農(nóng)產(chǎn)品運輸效率及降低冷鏈物流資源空置率具有重要的經(jīng)濟價值。在未來的科技進步和技術(shù)落地實踐下，通過數(shù)字化裝備研發(fā)的突破、完整理論體系的建立、關(guān)鍵技術(shù)的攻克和國際合作交流的深化，特色農(nóng)業(yè)數(shù)字孿生系統(tǒng)將在特色農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)、農(nóng)產(chǎn)品加工、冷鏈物流和農(nóng)產(chǎn)品推廣等方面發(fā)揮重要作用，推動特色農(nóng)業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，最終推動特色農(nóng)業(yè)區(qū)農(nóng)戶實現(xiàn)共同富裕。

參考文獻：

[1] 李煒，朱德利，王青，等.監(jiān)測生長狀態(tài)和環(huán)境響應(yīng)的作物數(shù)字孿生系統(tǒng)研究綜述[J].中國農(nóng)業(yè)科技導報，2022，24（6）：90-105.

[2] VERDOUW C， TEKINERDOGAN B， BEULENS A， et al. Digital twins in smart farming[J]. Agricultural Systems， 2021，189（15）：103046.

[3] DEFRAEYE T， SHRIVASTAVA C，" BERRY T， et al. Digital twins are coming： Will we need them in supply chains of fresh horticultural produce？[J]. Trends in Food Science amp; Technology， 2021，109：245-258

[4] 鄧建新，衛(wèi)世豐，石先蓮，等.基于數(shù)字孿生的配送管理系統(tǒng)研究[J].計算機集成制造系統(tǒng)，2021，27（2）：585-604.

[5] GLAESSGEN E， STARGEL D. The digital twin paradigm for future NASA and U.S. air force vehicles[C]//Aiaa/asme/asce/ahs/asc Structures， Structural Dynamics amp; Materials Conference Aiaa/asme/ahs Adaptive Structures Conference Aiaa，2012.

[6] 陰艷超，馮嘉勝，易斌等.面向流程制造的數(shù)字孿生車間可視化監(jiān)控系統(tǒng)研究[J/OL].系統(tǒng)仿真學報：1-11[2023-04-21].https：//doi.org/10.16182/j.issn1004731x.joss.22-1006.

[7] 曾艾婧，劉永姜，陳躍鵬，等.基于數(shù)字孿生的物流配送調(diào)度優(yōu)化[J].科學技術(shù)與工程，2021，21（21）：9005-9011.

[8] 羅戈研究.數(shù)字供應(yīng)鏈孿生研究報告[EB/OL].http：//www.logclub.com/front/lc_report/get_report_info/96.

[9] ALA-LAURINAHO R， AUTIOSALO J， NIKANDER A， et al. Data link for the creation of digital twins[J]. IEEE Access， 2020，8：228675-228684.

[10] GRIEVES M， VICKERS J. Digital twin： mitigating unpredictable， undesirable emergent behavior in complex systems[J]. Springer International Publishing， 2017：85-113.

[11] 陶飛，張賀，戚慶林，等.數(shù)字孿生模型構(gòu)建理論及應(yīng)用[J].計算機集成制造系統(tǒng)，2021，27（1）：1-15.

[12] 周路.中國與加拿大兩國農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流的比較分析[J].對外經(jīng)貿(mào)實務(wù)，2015（1）：85-88.