近三十年来，制造业一直在实施数字化转型过程。首先，制造商利用数字化技术收集数据用于存储，然后才转向更复杂的应用。优化工业设计成为应用数字化转型技术的下一个合理步骤。然而，直到 2011 年工业 4.0 商业模式的引入，制造商才开始将数字化应用于改善运营流程。
从逻辑上讲，任何有关数字化的讨论都应从虚拟模型的应用开始。计算机辅助设计（CAD）平台为制造商提供了第一个数字化工具，用于设计产品并验证其功能。三维建模为制造商提供了直观的面向对象的工具，用于设计具有不同复杂程度的模型。
首先，建模工具（如 Autodesk 的 Revit）可用于设计具有复杂几何形状的产品、建立制造环境模型，以及为使用减法或加法制造技术进行制造的数字模型做好准备。编辑物理对象的模型是可能的，但这已是 CAD 的极限。
在计算机辅助设计（CAD）数字化功能的基础上，数字孪生被开发出来，可与现实世界中的物理制造系统并行运行和交互。首先，数字孪生是物理系统的数字表示，它从车间内的数据生产资产接收实时数据，形成一个网络物理系统。
持续的数据交换为数字孪生的用户提供了一个虚拟化的选择来查看设备内的功能。因此，数字孪生提供的虚拟环境可作为评估复杂制造问题的精确验证平台。利用数字孪生作为远程监控工具、状态监控以及测试和验证工具，是数字孪生的部分使用案例。
在功能性数字孪生的网络物理系统中，数据交换是一个双向过程。工厂车间的数据被发送到数字孪生系统，数字孪生系统也可以向工厂车间的系统发送数据，以启动特定的操作。例如，一家石油和天然气服务供应商希望确定其产能扩张需求，它利用数字孪生系统来确定其产能扩张需求。
在确定产能需求时，首先要对设施当前的运营流程进行数字孪生开发。数字孪生系统使该企业能够分析需求增长对设施服务能力的影响。此外，还对不同的终端流量配置进行了评估，结果优化了服务水平，提高了患者满意度。
将数字影子与数字孪生相混淆是工业领域的一个常见特征。首先，二者都利用物理对象的数据重建数字表示；其次，二者都能创建对象和流程的表示。相似之处仅此而已。
一般来说，数字影像依靠扫描的激光数据来捕捉竣工后的物体。更重要的是，数据流是一个单向过程。数据从物理实体流向数字影像，而不是相反。数字孪生还可以创建数字影子，因为数字影子可以捕捉和简化特定时期通过孪生的大量信息。
以上述石油和天然气企业为例，在向利益相关者介绍所设计的数字孪生的应用情况时，可以使用数字影子。从数字孪生应用中获得的语义充分、上下文感知的数据，就是影子提供给非技术决策者的内容。
制造业以多种方式利用这些数字化概念。数字模型非常适合工业设计和创意开发，数字影像可用于跟踪生产，而数字孪生则可支持对实时制造流程的评估。
利用能够提供这三种功能的平台，制造商就能获得强大的数字化转型工具，进行数据驱动的分析。基于对象的智能数字孪生平台结合使用三维模型来创建精确的数字孪生，从而支持数字影像的捕捉。全面开发的数字孪生成为持续分析制造流程、远程监控和决策工具的枢纽。
数字孪生将整个制造过程与数字模型和阴影连接起来。这些数字化概念可共同用于优化生产流程和监控制造周期的每个环节。
