近日，美國知名UI設計軟件Figma封停被美國制裁公司賬號，大疆等企業(yè)將受影響的消息在國內(nèi)設計圈傳開，這再一次引發(fā)人們對進口替代的關注。
在工業(yè)領域，工業(yè)軟件的“卡脖子”問題是我國工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的阿喀琉斯之踵。以數(shù)字孿生應用為抓手，將人工智能技術與工業(yè)軟件相結(jié)合，通過數(shù)據(jù)科學優(yōu)化機理模型精度和性能，或許是實現(xiàn)核心算法和工業(yè)軟件替代的另一條道路。
人類對數(shù)字世界的關注，今時今日正處在歷史的巔峰時期。以元宇宙大熱為標志，物理世界仿佛成了大家急于擺脫的沉重枷鎖，虛擬數(shù)字化形態(tài)下的永生才是未來。
與此同時，已經(jīng)誕生了20年的數(shù)字孿生概念于近年再次炙手可熱。不論是《“十四五”信息化和工業(yè)化深度融合發(fā)展規(guī)劃》、《“十四五”智能制造深度發(fā)展規(guī)劃》，或是科技部“網(wǎng)絡化協(xié)同制造與智能工廠” 等國家層面的專項政策，都在強調(diào)數(shù)字孿生技術對工業(yè)制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的重要意義和作用。
到底什么是數(shù)字孿生？為什么會在當下成為新的風口？
數(shù)字孿生，簡言之是以數(shù)字化方式創(chuàng)建物理實體的1：1虛擬映射。
它需要先用建模工具在數(shù)字空間構(gòu)建起精準物理對象模型，再利用實時物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)驅(qū)動模型運轉(zhuǎn)，使得物理世界和數(shù)字世界可以全面建立實時互聯(lián)、互通和互操作。目的是通過各種數(shù)據(jù)、模型、信息的集成，構(gòu)建起虛擬實體對物理實體的分析、決策、控制能力，從而優(yōu)化物理世界的資源配置效率。
數(shù)字孿生最早源自PLM（產(chǎn)品全生命周期）的思考和延展，并率先應用于航空航天領域。
飛機、火箭這類復雜的機械設備極其昂貴，產(chǎn)品設計或任務執(zhí)行中一旦出錯代價高昂，其數(shù)字孿生體通過各種模擬和仿真進行提前預演，可降低實際運行中的風險。
數(shù)字孿生近兩年被重新提起，甚至被寫進國家級別的工業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略綱要，主要是由技術和需求兩方面驅(qū)動：
從需求層面出發(fā)，我國制造業(yè)面臨著低端供給過剩、高端供給不足、創(chuàng)新能力不適應高質(zhì)量發(fā)展要求等諸多挑戰(zhàn)，產(chǎn)業(yè)的智能化轉(zhuǎn)型和產(chǎn)業(yè)價值體系的提升需求迫切。
與仿真、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等其他數(shù)字化技術相比，數(shù)字孿生可以在產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)制造、設備運維、營銷售后的全鏈條發(fā)揮重要作用。
研發(fā)階段，數(shù)字孿生能夠通過虛擬調(diào)試加快推動產(chǎn)品研發(fā)低成本試錯。
生產(chǎn)階段，數(shù)字孿生能夠構(gòu)建實時聯(lián)動的三維可視化工廠，提升工廠一體化管控水平。
運維階段，數(shù)字孿生將仿真技術與大數(shù)據(jù)技術結(jié)合，不僅能夠知道工廠或設備“什么時候發(fā)生故障”，更能定位“哪里發(fā)生了故障”，極大提升了運維的安全可靠性。
從技術層面出發(fā)，數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)通訊、實時分析和AI智能決策的發(fā)展提供了應用的支撐底座。
得益于物聯(lián)網(wǎng)和傳感技術的成熟，工業(yè)數(shù)據(jù)的可獲得性和成本大大降低。5G、IPv6等通訊技術的商用落地，為海量數(shù)據(jù)即時傳遞提供通訊保障。云計算、邊緣計算、AI等技術的快速發(fā)展則在計算能力和數(shù)據(jù)應用處理上補齊短板。
可以說，我國在數(shù)據(jù)獲取、傳輸、計算、管理一體化等方面的技術能力已經(jīng)走在了世界前列，數(shù)字孿生所需要的支撐技術已經(jīng)成熟。
但是數(shù)字孿生作為一系列數(shù)字化技術的高階融合，熟練應用非一朝一夕可實現(xiàn)。
從“工業(yè)數(shù)字孿生技術架構(gòu)圖”可知，全套技術從最前端的數(shù)據(jù)采集、處理和分析，到設備級、產(chǎn)線級乃至全廠級的仿真建模，多模型的無縫集成、模型上線后的修正驗證，以至到最末端的人機交互，這些對應用工廠的數(shù)字化基礎、領導者對管理模式的改革魄力、企業(yè)的資金實力、技術供應商的系統(tǒng)工程思維都提出了較高的要求。
正因如此，我國的工業(yè)孿生數(shù)字在現(xiàn)階段更像是摸著石頭過河，而有些企業(yè)已經(jīng)走在了探索的前列。
大型國有鋼鐵集團和造車新勢力廠商的數(shù)字孿生實踐
鋼鐵企業(yè)是流程制造行業(yè)的代表，生產(chǎn)過程連續(xù)、安全生產(chǎn)要求高、產(chǎn)線長、數(shù)字化基礎較好是該類企業(yè)的典型特征。
某大型國有鋼鐵集團作為全球最大鋼鐵制造企業(yè)，早在2015年就啟動開展智慧制造和數(shù)字化轉(zhuǎn)型的系統(tǒng)籌劃和戰(zhàn)略布局。
為了在激烈的國際競爭中持續(xù)保持行業(yè)領先地位，該集團以旗下王牌產(chǎn)品為試驗田，建設智慧工廠項目。
2019年上半年，智慧工廠建成投運，無人化、自動化設備在生產(chǎn)、倉儲、物流等環(huán)節(jié)的規(guī)模應用為產(chǎn)品質(zhì)量、用戶服務能力、生產(chǎn)效率的提升提供顯著賦能。
但如何提升現(xiàn)場生產(chǎn)線的整體管理效率、實現(xiàn)重點設備可預測性維護、減少危險作業(yè)環(huán)境的人工參與度依然是尚未完全解決的痛點。
鋼鐵生產(chǎn)線巡檢是現(xiàn)場管理的一個重要環(huán)節(jié)。該工廠的一條完整鋼產(chǎn)線長達2-3km，原先分布著4個大機組，每個機組均需配備一個操作室，用以監(jiān)控人機結(jié)合作業(yè)多的重要工序、重點設備的運行狀態(tài)。
產(chǎn)線現(xiàn)場作業(yè)長介紹說，如果只用一個機組來監(jiān)控和巡檢，一條產(chǎn)線從頭至尾跑下來就要40多分鐘，硅鋼產(chǎn)品質(zhì)量要求又很高，過去發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量或者生產(chǎn)設備出現(xiàn)問題，先得和值班作業(yè)長匯報，然后值班作業(yè)長再找調(diào)度……一圈下來，很可能已經(jīng)錯過了最佳處理時機。
經(jīng)過多種技術方案的評估，該工廠最終決定在一條產(chǎn)線上進行數(shù)字孿生的應用試點。通過構(gòu)建產(chǎn)線三維幾何模型，為各個設備、零部件幾何模型添加信息屬性，并與對應位置 IOT 數(shù)據(jù)相結(jié)合，形成可視化的虛擬產(chǎn)線，并達到了如下功能：
·產(chǎn)品-設備-人員的全流程實時監(jiān)控和真實互動
·控制系統(tǒng)集成接入，雙向控制
·歷史質(zhì)量問題趨勢追溯
·重點設備可預測性維護
·重點設備能源精細化管理
傳統(tǒng)設備預測性維護往往只能預測“設備什么時間壞”，不能預測“設備哪個關鍵部位出現(xiàn)了問題”。
而基于數(shù)字孿生的數(shù)據(jù)集成性、實時性、仿真性，可以將問題定位到具體位置，并給出最佳響應決策和提供遠程控制能力。這讓現(xiàn)場勞動效率大幅提升，崗位工作負荷也隨之顯著下降。
一些數(shù)據(jù)指標給出了更堅實的經(jīng)濟效益證明——產(chǎn)線上的4個操作室縮減為1個集控中心，帶來人力成本在內(nèi)的管理運營成本下降60%，管理效率提高25%，故障響應時間縮短15%，能耗成本降低10%。
圖：某大型國有鋼鐵集團智慧工廠
汽車制造業(yè)是另一個非常適合數(shù)字孿生應用落地的行業(yè)。
作為少品種大批量離散制造的代表，汽車制造業(yè)具有產(chǎn)品種類少、規(guī)模大、生產(chǎn)標準化、對生產(chǎn)效率和質(zhì)量要求高等特點。
大部分汽車產(chǎn)業(yè)鏈上的企業(yè)在生產(chǎn)環(huán)節(jié)已經(jīng)實現(xiàn)自動化，而數(shù)字孿生能從產(chǎn)品研發(fā)、設備管理、工廠管控、物流優(yōu)化等諸多方面賦能。例如沃爾沃將數(shù)字孿生應用于汽車整車研發(fā)，在設計環(huán)節(jié)實現(xiàn)產(chǎn)品優(yōu)化，降低了約4%的氣動阻力；越南Vinfast汽車廠依托西門子產(chǎn)線規(guī)劃數(shù)字孿生解決方案將建廠時間縮短了50%。
國產(chǎn)造車新勢力之一的A汽車，是汽車行業(yè)內(nèi)首家實現(xiàn)全廠級數(shù)字孿生的企業(yè)。
A汽車江西工廠的負責人曾在采訪中透露，傳統(tǒng)汽車工廠最大的困局就是車間內(nèi)、車企各部門之間、車企與客戶之間信息不流通。
為打破信息孤島，實現(xiàn)研發(fā)、生產(chǎn)和市場整個價值鏈的數(shù)據(jù)貫通，A汽車早在規(guī)劃物理工廠的初期就決定要同步打造數(shù)字孿生工廠。
A汽車的數(shù)字孿生智慧工廠集合沖壓、焊裝、涂裝、總裝與電池包生產(chǎn)全工序于一體，廠區(qū)實現(xiàn)1200多個數(shù)據(jù)采集點位的實時采集和上傳，使實體工廠與數(shù)字工廠數(shù)據(jù)貫通、無縫銜接，并實現(xiàn)了如下功能：
·13個成本中心管理流程全梳理/覆蓋
·660余項管理指標梳理及呈現(xiàn)
·SAP/MES等10個+業(yè)務系統(tǒng)數(shù)據(jù)接入
·1200+數(shù)據(jù)點信息實時獲取
·生產(chǎn)線狀態(tài)實時互動及真實還原
·生產(chǎn)線故障快速響應與介入
·線下直營店用戶銷售系統(tǒng)連通
通過3D數(shù)字化工廠的展示，綜合性運營指標的分析預測，結(jié)合物流、沖焊涂總、質(zhì)量等車間級管理報告數(shù)據(jù)，A汽車數(shù)字孿生智慧工廠實現(xiàn)了基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的管理與決策，并帶來實際的經(jīng)濟價值——管理效率提升25%，單車生產(chǎn)綜合能耗降低25%，管理運營成本下降15% ，一次報交合格率提升5%。
這兩個數(shù)字孿生案例的實施方背后并非鼎鼎大名的國際巨頭，而是一家成立于2017年的科技企業(yè)——網(wǎng)思科技。
網(wǎng)思科技作為一家新銳企業(yè)，能早在2020年就為行業(yè)標桿客戶實施出國內(nèi)為數(shù)不多的產(chǎn)線級、全廠級工業(yè)數(shù)字孿生應用，其商業(yè)模式、技術方向和行業(yè)趨勢洞察都頗具借鑒意義。
「博觀智造」獨家采訪了網(wǎng)思科技高級副總裁兼數(shù)字孿生事業(yè)部負責人李英杰，希望借其實踐管中窺豹，看一看工業(yè)數(shù)字孿生在我國現(xiàn)在能做什么，未來走向何處。
意料之外，情理之中的入局者
所有的先發(fā)優(yōu)勢都離不開敏銳的市場洞察和前瞻性的技術儲備。
早在2016-2018年，Garter就已經(jīng)連續(xù)三年將數(shù)字孿生列為十大戰(zhàn)略科技發(fā)展趨勢。但彼時國內(nèi)的主要關注點仍在移動互聯(lián)網(wǎng)上，工業(yè)領域的主要政策尚在普及數(shù)字化制造基礎和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基建層面。
2018年，時任IBM大中華區(qū)用戶體驗中心解決方案總經(jīng)理的李英杰承接了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟上海創(chuàng)新中心展廳的項目，其中一個板塊就是數(shù)字孿生。
在項目實施和客戶溝通的過程中，他敏銳地察覺到這可能是國家在工業(yè)領域的下一步重點推動方向，而他的團隊核心能力之一就是3D數(shù)據(jù)建模、實時渲染和可視化。
2019年，5G開始迎來商用元年，三大運營商從B端工業(yè)生產(chǎn)場景出發(fā)，開始做各種試點應用。同年，李英杰攜團隊加入網(wǎng)思科技。
作為咨詢顧問出身且長期活躍在一線的IT從業(yè)者，他認為數(shù)字孿生所需要的底層支撐技術將會在不久后達到商用標準，企業(yè)已經(jīng)可以提前做好相關布局。
身為一個成立不久又尚未融資的科技企業(yè)，網(wǎng)思并沒有在早期盲目投入研發(fā)，而是一方面研究目前國際上相對領先的解決方案和技術路線，一方面通過與客戶的交流評估當下數(shù)字孿生在國內(nèi)落地的可行性，并根據(jù)反饋小步迭代自己的產(chǎn)品，尋找product-market fit。
前文提到，數(shù)字孿生作為數(shù)字化和智能化的高階應用，對企業(yè)的數(shù)字化基礎、資金實力和領導者的戰(zhàn)略眼光都有頗高的要求，注定了最早吃螃蟹的都是行業(yè)龍頭。
這類客戶資源成為許多初創(chuàng)企業(yè)的第一道門檻。
網(wǎng)思雖然成立時間不久，但核心創(chuàng)始團隊均有IBM多年的市場拓展經(jīng)驗，積累了廣闊的產(chǎn)業(yè)人脈，練就了對市場需求的敏銳嗅覺。這也是網(wǎng)思早在2019年初就能夠接觸并參與大型國有鋼鐵集團數(shù)字化戰(zhàn)略規(guī)劃的一個原因。
第二個重要優(yōu)勢是公司在咨詢和IT實施上的復合能力。
以李英杰為代表，公司有一批出身于IBM全球企業(yè)咨詢服務部的業(yè)務骨干。咨詢顧問最核心的能力就是快速了解行業(yè)，并從業(yè)務角度出發(fā)，拆解和分析問題，給出解決方案。豐富的行業(yè)專家顧問資源也為網(wǎng)思在進入新行業(yè)時快速獲取行業(yè)know-how提供寶貴輸入。
與一般的咨詢公司不同，網(wǎng)思還擁有IT項目實施經(jīng)驗豐富的技術團隊，從而保證了從前端咨詢到后端落地的一體化交付。
“其實我們的鋼鐵客戶最初也沒想到要用什么技術工具，只是提到了一些運營管理上的痛點。數(shù)字孿生是我們在多次brainstorming的過程中碰出來的一個解決方案。網(wǎng)思又有技術基礎能夠快速做出demo，這也給了客戶信心。”
汽車客戶的贏單反映了網(wǎng)思的第三點優(yōu)勢——本地化、定制化的集成服務能力。與鋼廠不同，A汽車打造數(shù)字孿生工廠、樹立行業(yè)標桿的目標早早確定，方案競爭者不乏來自SAP、艾森曼等熟悉汽車領域的國際巨頭，或是在汽車制造某一核心環(huán)節(jié)有成熟方案的垂直廠商。
但大廠的問題在于不僅價格非常昂貴，而且很難做定制化含量很高的項目。垂直領域的廠商又只精通某一板塊，“大家都沒有做過全廠級的數(shù)字孿生，一個機械臂企業(yè)遇到的技術難點和障礙和網(wǎng)思并沒有太大區(qū)別。”
網(wǎng)思團隊咨詢背景的優(yōu)勢再次體現(xiàn)——能夠站在工廠管理者角度，通盤思考整體的解決方案和業(yè)務價值。識別出某些具體環(huán)節(jié)的特殊問題，則交予合作伙伴共同協(xié)作解決。
李英杰舉例，“有個汽車客戶希望解決焊點質(zhì)量檢測，這個確實不在我們的專業(yè)范疇內(nèi)，但我們知道從哪找合適的供應商來幫我突破單點難題。”
在工業(yè)數(shù)字孿生摸著石頭過河的應用階段，不同角色有不同的服務角度，在李英杰看來，網(wǎng)思科技要做的是一個整合者，發(fā)揮自身理解客戶需求以及工程化落地的能力，從標桿客戶的實施項目中積累行業(yè)經(jīng)驗和先發(fā)優(yōu)勢，在需求廣闊的重點行業(yè)中跑馬圈地，持續(xù)深耕。
而面對項目制VS標準化的永恒難題，李英杰的答案是短期內(nèi)不可能做到100%標準化，但未來會在兩個方向上推進：
一是針對不同行業(yè)推出行業(yè)標準包，提供針對不同環(huán)節(jié)和流程的標準化模塊，讓客戶能夠根據(jù)自身情況個性化的組合；
二是在部分算法、分析模型和量化指標上做到標準化。
公司理想的商業(yè)模式也將從項目制交付轉(zhuǎn)變成標準產(chǎn)品+運營服務。
伴隨著工廠工藝的提升、管理流程的優(yōu)化、生產(chǎn)產(chǎn)品的變更、產(chǎn)線設備的迭代，數(shù)字孿生必然要持續(xù)不斷的提供后續(xù)的運維和調(diào)優(yōu)，數(shù)據(jù)和AI分析能力的持續(xù)積累還有機會帶來新的應用場景，這也符合數(shù)字孿生動態(tài)化的核心特征。
標準化產(chǎn)品降低客戶的前期一次性投入成本，運營服務又讓服務商可以獲得持續(xù)、穩(wěn)定現(xiàn)金流的機會，這無疑對供需雙方都是更加健康的商業(yè)模式。
這也意味著，把握好先發(fā)優(yōu)勢快速占位，并在頭部客戶的深度服務中快速內(nèi)化出標準化能力對網(wǎng)思這樣的企業(yè)極為關鍵，這也對公司的技術能力提出了更高的要求。
我國的工業(yè)數(shù)字孿生未來要走向何處？
工業(yè)領域?qū)?shù)字孿生在多個場景上處于剛需階段，產(chǎn)業(yè)鏈上下游有望涌現(xiàn)更多提供解決方案的創(chuàng)新企業(yè)。
我們認為，我國的工業(yè)數(shù)字孿生發(fā)展將呈現(xiàn)以下幾點特征：
01 場景應用上仍然處于初級階段 需要較長時間探索
當下數(shù)字孿生應用，在深度上更注重場景的描述和有限的判斷，尚未完全實現(xiàn)仿真決策與控制，在廣度上也未能完全打通研發(fā)-制造-運維的一體化服務。
大量企業(yè)內(nèi)、行業(yè)內(nèi)的數(shù)據(jù)采集能力參差不齊，一些核心進口設備的底層關鍵數(shù)據(jù)也無法有效感知。
此外，對于已采集的數(shù)據(jù)閑置度高、缺乏數(shù)據(jù)關聯(lián)和挖掘相關的深度集成應用也導致數(shù)據(jù)的潛藏價值難以發(fā)揮。
以下幾類關鍵場景更有可能成為短期的應用方向：
一是向數(shù)字化基礎較好的工廠普及三維可視化改造，以實現(xiàn)運營管理層面的效率提升；
二是提升部分場景的虛擬制造和診斷應用水平。除了基于CAE做產(chǎn)品研發(fā)之外，還可以進一步從設備虛擬調(diào)試、工藝流程虛擬規(guī)劃、仿真操作培訓等環(huán)節(jié)入手，應用數(shù)字孿生技術。
三是部分實時仿真/智能仿真分析的單點突破。實時仿真和智能仿真分析離不開高精度的復雜機理建模與數(shù)據(jù)科學的高階融合，需要依賴專精的技術團隊做關鍵技術的重點攻關。
02 核心技術上優(yōu)劣勢均較為突出 總體機遇大于挑戰(zhàn)
由于我國工業(yè)歷程發(fā)展時間短，工業(yè)軟件核心模型、算法和系統(tǒng)工程能力與歐美相比有明顯的差距，這成為國家關鍵“卡脖子”的短板。
但我國的優(yōu)勢在于工業(yè)門類齊全、場景眾多，有機會充分釋放工業(yè)數(shù)據(jù)的紅利。并且在人工智能、大數(shù)據(jù)、5G網(wǎng)絡等技術上占據(jù)領先身位。
以數(shù)字孿生應用為抓手，將人工智能技術與工業(yè)軟件相結(jié)合，通過數(shù)據(jù)科學優(yōu)化機理模型精度和性能，有望帶動工業(yè)軟件和核心算法的發(fā)展。
03 商業(yè)策略上應多方投入權(quán)衡 推動應用成功落地
高速發(fā)展的市場規(guī)模，持續(xù)運營帶來的高用戶黏性，行業(yè)龍頭客戶的標桿效應和高客單價，讓這個行業(yè)必然會迎來百舸爭流的競爭局面。數(shù)字孿生廠商要平衡研發(fā)投入和市場拓展節(jié)奏，率先跑馬圈地獲取先發(fā)地位。
標桿客戶的需求能否滿足，取決于數(shù)字孿生廠商的方案咨詢能力+技術落地能力。
數(shù)字孿生產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)很長，包括數(shù)據(jù)采集、模型建構(gòu)、仿真分析、人機交互、行業(yè)應用等環(huán)節(jié)。目前呈現(xiàn)明顯的碎片化，每個產(chǎn)業(yè)環(huán)節(jié)都有相應的公司在提供服務，每家的規(guī)模都相對有限，能夠從頂層設計上提供全套的方案咨詢能力，在生態(tài)上又能整合產(chǎn)業(yè)鏈上下游提供完整的技術落地交付能力的供應商，將會具備更強的競爭力。
標桿客戶在行業(yè)發(fā)展早期對供應商的能力沉淀和快速復制有著重要意義，在頭部客戶和合作渠道上傾注力量的廠商將獲取明顯資源優(yōu)勢，從而確保業(yè)務的延續(xù)性。
此外，本土企業(yè)的另一大優(yōu)勢，是可以滿足客戶即時響應和定制化需求的服務能力。相較于國外廠商，這也是國內(nèi)廠商能夠迅速起步，獲取客戶信賴的重要原因之一。
數(shù)字孿生雖然是個閉環(huán)的回路，但其發(fā)展的終極指向必然是一個開放的生態(tài)平臺，只有這樣才能滿足不同的應用場景。在數(shù)字化已經(jīng)不可逆的大趨勢和國家政策的大力驅(qū)動下，我們相信這個生態(tài)體系必定會蓬勃發(fā)展，未來會在越來越多的服務和產(chǎn)品上得以應用。
免責聲明：市場有風險，選擇需謹慎！此文僅供參考，不作買賣依據(jù)。
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