隨著底層技術(shù)的不斷突破并走向融合應(yīng)用，工業(yè)數(shù)字孿生產(chǎn)業(yè)有望在即將開啟的人工智能時代迎來加速發(fā)展。

“數(shù)字孿生是人工智能在制造業(yè)領(lǐng)域落地的重要抓手。”上海市人工智能學(xué)會理事長張浩在接受第一財經(jīng)采訪時表示，“由于制造業(yè)需要平衡優(yōu)化產(chǎn)品上市時間、質(zhì)量、價格等指標，約束條件眾多，數(shù)據(jù)龐大，如果沒有模型的加入是很難實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析的，而數(shù)字孿生就是一個很好的模型結(jié)合平臺。”

(相關(guān)資料圖)

工業(yè)數(shù)字孿生是多類數(shù)字化技術(shù)的集成融合和創(chuàng)新應(yīng)用，基于建模工具在數(shù)字空間構(gòu)建起精準物理對象模型，再利用實時IoT數(shù)據(jù)驅(qū)動模型運轉(zhuǎn)，進而通過數(shù)據(jù)與模型集成融合構(gòu)建起綜合決策能力，推動全業(yè)務(wù)流程閉環(huán)優(yōu)化。

中國信通院工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新研究部副主任劉陽表示，工業(yè)數(shù)字孿生應(yīng)用目前僅處于初級階段，四類關(guān)鍵場景有望成為重點應(yīng)用方向，即存量工廠三維可視化改造“應(yīng)用普及”、全場景虛擬制造診斷“能力提升”、實時仿真/智能仿真“單點突破”、大國重器系統(tǒng)工程“科技攻堅”。

根據(jù)中國信通院數(shù)據(jù)，2021年，全球數(shù)字孿生市場規(guī)模達到49億美元，預(yù)計全球數(shù)字孿生市場將以58%的復(fù)合增長率增長，到2026年將達到482億美元。另據(jù)艾瑞咨詢數(shù)據(jù)，2022年中國數(shù)字孿生市場規(guī)模為104億元，預(yù)計2025年國內(nèi)市場規(guī)模將達375億元，2022-2025年CAGR為54.3%。

底層技術(shù)不斷突破，工業(yè)數(shù)字孿生未來已來

數(shù)字孿生產(chǎn)業(yè)玩家由數(shù)字孿生相關(guān)技術(shù)提供商與解決方案集成商兩類構(gòu)成。其中，技術(shù)提供商主要是可視化廠商、BIM（建筑信息模型）、GIS（地理信息系統(tǒng)）、CIM（城市信息模型）以及CAD/CAE仿真建模等技術(shù)廠商。

數(shù)字孿生建模、可視化渲染、仿真推演、感知標識、GIS與新型測繪、交互控制是支撐數(shù)字孿生的六大技術(shù)，其中建模和仿真是數(shù)字孿生技術(shù)的核心和基礎(chǔ)，構(gòu)建高保真虛擬模型并開展實時高精度仿真是一項龐大的系統(tǒng)工程。

近年來，為了滿足數(shù)字孿生技術(shù)對仿真能力和工具的新需求，主流工業(yè)軟件供應(yīng)商紛紛推出各自的數(shù)字孿生解決方案，以實現(xiàn)多物理場、多學(xué)科、多尺度的建模仿真，目前處于領(lǐng)先地位的數(shù)字孿生技術(shù)平臺以Ansys、西門子、達索等海外廠商為主。

國內(nèi)技術(shù)提供商也在各自細分領(lǐng)域不斷鉆研突破。建模基礎(chǔ)軟件方面，近些年國內(nèi)CAD軟件開始形成自主可控浪潮，中望軟件（688083.SH）等本土企業(yè)在2D CAD領(lǐng)域已經(jīng)掌握多項關(guān)鍵核心技術(shù)，在3D CAD領(lǐng)域，從幾何建模的底層技術(shù)的加速突破，到針對大型企業(yè)協(xié)同設(shè)計需求的軟件云化技術(shù)創(chuàng)新，華天軟件、新迪數(shù)字等國內(nèi)廠商正在加速構(gòu)建面向未來的新一代工業(yè)軟件。

在可視化渲染技術(shù)方面，隨著網(wǎng)絡(luò)和硬件性能提升，國產(chǎn)引擎渲染效果大幅度提升，從小場景應(yīng)用逐步向大尺度場景滲透。例如優(yōu)锘科技自研了數(shù)字孿生專用引擎ThingJS和一站式的數(shù)字孿生平臺ThingStudio森工廠，滿足不同行業(yè)數(shù)字孿生可視化場景的需求，并通過自主引擎支撐上層工具的功能實現(xiàn)和擴展。基于ThingJS數(shù)字孿生引擎，優(yōu)锘科技開發(fā)了ThingJS數(shù)字孿生低代碼平臺，相比傳統(tǒng)游戲引擎，能夠提高90%以上的開發(fā)效率，提高了數(shù)字孿生技術(shù)的易用性和可用性。

數(shù)字孿生底層技術(shù)的突破以及數(shù)字孿生工具化、平臺化快速發(fā)展，逐步將高技術(shù)門檻的數(shù)字孿生技術(shù)系統(tǒng)變成人人能用得起的軟件，為數(shù)字孿生技術(shù)在制造業(yè)的大規(guī)模應(yīng)用提供了基礎(chǔ)條件。

從高端制造到傳統(tǒng)工業(yè)，工業(yè)數(shù)字孿生沸點將至

數(shù)字孿生最早應(yīng)用于航空航天行業(yè)，美國國家航空航天局和美國空軍研究實驗室在未來航天器的設(shè)計研發(fā)過程中，充分運用數(shù)字孿生概念，減少實體產(chǎn)品直接模擬產(chǎn)生的大量成本。

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)興起，工業(yè)4.0概念被提出，云計算、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)不斷發(fā)展為數(shù)字孿生應(yīng)用范圍拓展提供保障，制造業(yè)成為數(shù)字孿生主要應(yīng)用場景之一。

制造業(yè)企業(yè)通過物聯(lián)網(wǎng)及邊緣計算上傳相關(guān)數(shù)據(jù)后，使用數(shù)字孿生技術(shù)可以完成生產(chǎn)、能耗、設(shè)備、設(shè)計、制造管理等工作，進而實現(xiàn)提質(zhì)、降本、創(chuàng)收、增效四大價值。

目前數(shù)字孿生解決方案集成商以互聯(lián)網(wǎng)大廠（BAT）、華為等云廠商及三大運營商為主，其通過搭建數(shù)字孿生系統(tǒng)基本架構(gòu)，提供可視化引擎，接入工業(yè)實時數(shù)據(jù)還原生產(chǎn)場景，提供完整的工業(yè)數(shù)字孿生服務(wù)，配合工業(yè)生產(chǎn)的遠程運維與可視化管理。

然而數(shù)字孿生在具體行業(yè)的應(yīng)用僅有技術(shù)支持還不夠，各行業(yè)所處的業(yè)務(wù)場景和對應(yīng)需求不一樣，行業(yè)Know-how是實現(xiàn)數(shù)字孿生落地的關(guān)鍵，要結(jié)合行業(yè)數(shù)據(jù)要素，不斷打磨模型，才能建立精準智能的業(yè)務(wù)模型。

一汽紅旗繁榮工廠是阿里與機械工業(yè)第九設(shè)計研究院合作開發(fā)的針對汽車行業(yè)的智能工廠。一汽紅旗繁榮工廠依托阿里云工業(yè)大腦智能制造平臺DTwin，結(jié)合機械工業(yè)第九設(shè)計研究院在汽車工廠規(guī)劃方面的經(jīng)驗和數(shù)據(jù)，挖掘汽車生產(chǎn)場景中的業(yè)務(wù)痛點、難點與價值，在五大車間中完成了數(shù)百萬數(shù)據(jù)點的實時采集、加工、存儲、告警和控制工作，保障工廠生產(chǎn)的安全穩(wěn)定，提升了產(chǎn)品質(zhì)量，降低了能耗成本。

此外，數(shù)字孿生技術(shù)的應(yīng)用一度只有航空航天、汽車、船舶等行業(yè)的大型集團才有能力和資金開發(fā)，但隨著技術(shù)進步、開發(fā)成本的降低，數(shù)字孿生在傳統(tǒng)中小型制造企業(yè)的應(yīng)用也在加速滲透。

“基于頭部企業(yè)強大的行業(yè)知識，結(jié)合數(shù)字孿生技術(shù)，打造一系列可復(fù)制、可推廣的行業(yè)級數(shù)字孿生應(yīng)用，是我們深耕行業(yè)級數(shù)字孿生領(lǐng)域的初衷。”磚助智連在接受第一財經(jīng)采訪時表示。磚助智連是東南數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展研究院孵化的聚焦產(chǎn)業(yè)數(shù)字化服務(wù)的數(shù)字技術(shù)公司。

針對衢州特種紙行業(yè)中小企業(yè)在數(shù)字化轉(zhuǎn)型過程中面臨的“轉(zhuǎn)型難、成本高、見效慢”等問題，磚助智連先服務(wù)于特種紙頭部企業(yè)仙鶴股份、生活用紙頭部企業(yè)維達浙江，利用數(shù)字孿生技術(shù)的先進性，在造紙業(yè)頭部分別構(gòu)建數(shù)字化車間、未來工廠等，同時與龍游縣經(jīng)信局合作建設(shè)“龍游造紙產(chǎn)業(yè)中樞”，立足“8+X”行業(yè)級輕量數(shù)字化改造，幫助該縣10余家造紙企業(yè)提供并完成數(shù)字化改造服務(wù)，助力當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)造紙行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

“數(shù)字孿生技術(shù)要在制造業(yè)加速應(yīng)用，需要真正在多個場景上為企業(yè)帶來實際的價值。”以磚助智連服務(wù)的某頭部客戶為例，生產(chǎn)虛擬仿真技術(shù)可以幫助企業(yè)新員工培訓(xùn)時長減少50%，培訓(xùn)成本節(jié)省近萬元/人，產(chǎn)線動態(tài)仿真可以幫助企業(yè)每年減少制造成本損失數(shù)百萬元，質(zhì)檢仿真優(yōu)化幫助企業(yè)減少在質(zhì)量上的成本損失數(shù)十萬元/線。

隨著未來數(shù)字孿生應(yīng)用場景的不斷擴大，相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈公司有望迎來高速發(fā)展。根據(jù)IDC統(tǒng)計，目前中國仿真推演、可視化、交互控制、城市信息模型等板塊均是“十億”級市場規(guī)模，2021年相關(guān)企業(yè)在數(shù)字孿生解決方案方面的營收增長率普遍超50%，預(yù)計2022年整體市場將保持較好的增長態(tài)勢。

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