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(kāi)啟的人工智能時(shí)代迎來(lái)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(huì)理事長(zhǎng)張浩在接受第一財(cái)經(jīng)采訪(fǎng)時(shí)表示，“由于制造業(yè)需要平衡優(yōu)化產(chǎn)品上市時(shí)間、質(zhì)量、價(jià)格等指標(biāo)，約束條件眾多，數(shù)據(jù)龐大，如果沒(méi)有模型的加入是很難實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析的，而數(shù)字孿生就是一個(gè)很好的模型結(jié)合平臺(tái)。”

(相關(guān)資料圖)

工業(yè)數(shù)字孿生是多類(lèi)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(zhǔn)物理對(duì)象模型，再利用實(shí)時(shí)IoT數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而通過(guò)數(shù)據(jù)與模型集成融合構(gòu)建起綜合決策能力，推動(dòng)全業(yè)務(wù)流程閉環(huán)優(yōu)化。

中國(guó)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(yáng)表示，工業(yè)數(shù)字孿生應(yīng)用目前僅處于初級(jí)階段，四類(lèi)關(guān)鍵場(chǎng)景有望成為重點(diǎn)應(yīng)用方向，即存量工廠(chǎng)三維可視化改造“應(yīng)用普及”、全場(chǎng)景虛擬制造診斷“能力提升”、實(shí)時(shí)仿真/智能仿真“單點(diǎn)突破”、大國(guó)重器系統(tǒng)工程“科技攻堅(jiān)”。

根據(jù)中國(guó)信通院數(shù)據(jù)，2021年，全球數(shù)字孿生市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到49億美元，預(yù)計(jì)全球數(shù)字孿生市場(chǎng)將以58%的復(fù)合增長(zhǎng)率增長(zhǎng)，到2026年將達(dá)到482億美元。另?yè)?jù)艾瑞咨詢(xún)數(shù)據(jù)，2022年中國(guó)數(shù)字孿生市場(chǎng)規(guī)模為104億元，預(yù)計(jì)2025年國(guó)內(nèi)市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)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(lái)已來(lái)

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(lèi)構(gòu)成。其中，技術(shù)提供商主要是可視化廠(chǎng)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(chǎng)商。

數(shù)字孿生建模、可視化渲染、仿真推演、感知標(biāo)識(shí)、GIS與新型測(cè)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(kāi)展實(shí)時(shí)高精度仿真是一項(xiàng)龐大的系統(tǒng)工程。

近年來(lái)，為了滿(mǎn)足數(shù)字孿生技術(shù)對(duì)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(shí)現(xiàn)多物理場(chǎng)、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(tái)以Ansys、西門(mén)子、達(dá)索等海外廠(chǎng)商為主。

國(guó)內(nèi)技術(shù)提供商也在各自細(xì)分領(lǐng)域不斷鉆研突破。建模基礎(chǔ)軟件方面，近些年國(guó)內(nèi)CAD軟件開(kāi)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(xiàng)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(duì)大型企業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)需求的軟件云化技術(shù)創(chuàng)新，華天軟件、新迪數(shù)字等國(guó)內(nèi)廠(chǎng)商正在加速構(gòu)建面向未來(lái)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(guó)產(chǎn)引擎渲染效果大幅度提升，從小場(chǎng)景應(yīng)用逐步向大尺度場(chǎng)景滲透。例如優(yōu)锘科技自研了數(shù)字孿生專(zhuān)用引擎ThingJS和一站式的數(shù)字孿生平臺(tái)ThingStudio森工廠(chǎng)，滿(mǎn)足不同行業(yè)數(shù)字孿生可視化場(chǎng)景的需求，并通過(guò)自主引擎支撐上層工具的功能實(shí)現(xiàn)和擴(kuò)展。基于ThingJS數(shù)字孿生引擎，優(yōu)锘科技開(kāi)發(fā)了ThingJS數(shù)字孿生低代碼平臺(tái)，相比傳統(tǒng)游戲引擎，能夠提高90%以上的開(kāi)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(tái)化快速發(fā)展，逐步將高技術(shù)門(mén)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(diǎn)將至

數(shù)字孿生最早應(yīng)用于航空航天行業(yè)，美國(guó)國(guó)家航空航天局和美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室在未來(lái)航天器的設(shè)計(jì)研發(fā)過(guò)程中，充分運(yùn)用數(shù)字孿生概念，減少實(shí)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(jì)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(chǎng)景之一。

制造業(yè)企業(yè)通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)及邊緣計(jì)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(jì)、制造管理等工作，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)提質(zhì)、降本、創(chuàng)收、增效四大價(jià)值。

目前數(shù)字孿生解決方案集成商以互聯(lián)網(wǎng)大廠(chǎng)（BAT）、華為等云廠(chǎng)商及三大運(yùn)營(yíng)商為主，其通過(guò)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)還原生產(chǎn)場(chǎng)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(yuǎn)程運(yùn)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(chǎng)景和對(duì)應(yīng)需求不一樣，行業(yè)Know-how是實(shí)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(zhǔn)智能的業(yè)務(wù)模型。

一汽紅旗繁榮工廠(chǎng)是阿里與機(jī)械工業(yè)第九設(shè)計(jì)研究院合作開(kāi)發(fā)的針對(duì)汽車(chē)行業(yè)的智能工廠(chǎng)。一汽紅旗繁榮工廠(chǎng)依托阿里云工業(yè)大腦智能制造平臺(tái)DTwin，結(jié)合機(jī)械工業(yè)第九設(shè)計(jì)研究院在汽車(chē)工廠(chǎng)規(guī)劃方面的經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)，挖掘汽車(chē)生產(chǎn)場(chǎng)景中的業(yè)務(wù)痛點(diǎn)、難點(diǎn)與價(jià)值，在五大車(chē)間中完成了數(shù)百萬(wàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)的實(shí)時(shí)采集、加工、存儲(chǔ)、告警和控制工作，保障工廠(chǎng)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(chē)、船舶等行業(yè)的大型集團(tuán)才有能力和資金開(kāi)發(fā)，但隨著技術(shù)進(jìn)步、開(kāi)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(qiáng)大的行業(yè)知識(shí)，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(jí)數(shù)字孿生應(yīng)用，是我們深耕行業(yè)級(jí)數(shù)字孿生領(lǐng)域的初衷。”磚助智連在接受第一財(cái)經(jīng)采訪(fǎng)時(shí)表示。磚助智連是東南數(shù)字經(jīng)濟(jì)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(duì)衢州特種紙行業(yè)中小企業(yè)在數(shù)字化轉(zhuǎn)型過(guò)程中面臨的“轉(zhuǎn)型難、成本高、見(jiàn)效慢”等問(wèn)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(dá)浙江，利用數(shù)字孿生技術(shù)的先進(jìn)性，在造紙業(yè)頭部分別構(gòu)建數(shù)字化車(chē)間、未來(lái)工廠(chǎng)等，同時(shí)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(jí)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(gè)場(chǎng)景上為企業(yè)帶來(lái)實(shí)際的價(jià)值。”以磚助智連服務(wù)的某頭部客戶(hù)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(shí)長(zhǎng)減少50%，培訓(xùn)成本節(jié)省近萬(wàn)元/人，產(chǎn)線(xiàn)動(dòng)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(wàn)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(wàn)元/線(xiàn)。

隨著未來(lái)數(shù)字孿生應(yīng)用場(chǎng)景的不斷擴(kuò)大，相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈公司有望迎來(lái)高速發(fā)展。根據(jù)IDC統(tǒng)計(jì)，目前中國(guó)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(jí)市場(chǎng)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(yíng)收增長(zhǎng)率普遍超50%，預(yù)計(jì)2022年整體市場(chǎng)將保持較好的增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。

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