Smart manufacturing, as an emerging manufacturing paradigm, leverages massive in-context data from manufacturing systems for intelligent decision makings. In such context, Cyber-Physical Systems (CPS) play a key role in digitizing manufacturing systems and integrating multiple systems together for collaborative works. Amongst different levels of smartness and connectedness of CPS, Digital Twin (DT), as an exact digital copy of a physical object or system including its properties and relationship with the environment, has a significant impact on realizing smart manufacturing. A DT constantly synchronizes with its physical system and provides real-time high-fidelity simulations of the system and offers ubiquitous control over the system. Despite its great advantages, few works have been discussed about DT reference models, let alone a generic manner to establish it for smart manufacturing. Aiming to fill the gap, this research introduces a generic CPS system architecture for DT establishment in smart manufacturing with a novel tri-model-based approach (i.e. digital model, computational model and graph-based model) for product-level DT development. The tri-model works concurrently to simulate real-world physical behaviour and characteristics of the digital model. To validate the proposed architecture and approach, a case study of an open source 3D printer DT establishment is further conducted. Conclusions and future works are also highlighted to provide insightful knowledge to both academia and industries at last.

智能制造作为新兴的制造范例，利用制造系统中的大量上下文数据进行智能决策。在这种情况下，网络物理系统（CPS）在数字化制造系统并将多个系统集成在一起以进行协作工作中发挥着关键作用。在CPS的智能性和连通性的不同级别中，数字孪生（DT）作为物理对象或系统的精确数字副本，包括其属性和与环境的关系，对实现智能制造具有重大影响。DT不断与其物理系统同步，并提供系统的实时高保真模拟，并提供对系统的普遍控制。尽管具有很大的优势，但很少有人讨论DT参考模型，更不用说建立智能制造的通用方式了。为了填补空白，本研究介绍了一种用于智能制造中DT建立的通用CPS系统体系结构，该产品采用了一种新颖的基于三模型的方法（即数字模型，计算模型和基于图形的模型）来进行产品级DT开发。三模型同时运行以模拟现实世界中的物理行为和数字模型的特征。为了验证所提出的体系结构和方法，进一步进行了开源3D打印机DT建立的案例研究。结论和未来的工作也被重点介绍，以最终为学术界和工业界提供深刻的知识。这项研究介绍了一种用于智能制造中DT建立的通用CPS系统架构，并采用了一种新颖的基于三模型的方法（即数字模型，计算模型和基于图形的模型）来进行产品级DT开发。三模型同时运行以模拟现实世界中的物理行为和数字模型的特征。为了验证所提出的体系结构和方法，进一步进行了开源3D打印机DT建立的案例研究。结论和未来的工作也被重点介绍，以最终为学术界和工业界提供深刻的知识。这项研究介绍了一种用于智能制造中DT建立的通用CPS系统架构，并采用了一种新颖的基于三模型的方法（即数字模型，计算模型和基于图形的模型）来进行产品级DT开发。三模型同时运行以模拟现实世界中的物理行为和数字模型的特征。为了验证所提出的体系结构和方法，进一步进行了开源3D打印机DT建立的案例研究。结论和未来的工作也被重点介绍，以最终为学术界和工业界提供深刻的知识。三模型同时运行以模拟现实世界中的物理行为和数字模型的特征。为了验证所提出的体系结构和方法，进一步进行了开源3D打印机DT建立的案例研究。结论和未来的工作也被重点介绍，以最终为学术界和工业界提供深刻的知识。三模型同时运行以模拟现实世界中的物理行为和数字模型的特征。为了验证所提出的体系结构和方法，进一步进行了开源3D打印机DT建立的案例研究。结论和未来的工作也被重点介绍，以最终为学术界和工业界提供深刻的知识。