工业数字孪生：数字孪生是人工智能在制造业领域落地的重要抓手

根据中国信通院数据，2021年，全球数字孪生市场规模达到49亿美元，预计全球数字孪生市场将以58%的复合增长率增长，到2026年将达到482亿美元。另据艾瑞咨询数据，2022年中国数字孪生市场规模为104亿元，预计2025年国内市场规模将达375亿元，2022-2025年CAGR为54.3%。

随着底层技术的不断突破并走向融合应用，工业数字孪生产业有望在即将开启的人工智能时代迎来加速发展。

“数字孪生是人工智能在制造业领域落地的重要抓手。”

上海市人工智能学会理事长张浩在接受第一财经采访时表示，“由于制造业需要平衡优化产品上市时间、质量、价格等指标，约束条件众多，数据庞大，如果没有模型的加入是很难实现数据分析的，而数字孪生就是一个很好的模型结合平台。”

工业数字孪生是多类数字化技术的集成融合和创新应用，基于建模工具在数字空间构建起精准物理对象模型，再利用实时IoT数据驱动模型运转，进而通过数据与模型集成融合构建起综合决策能力，推动全业务流程闭环优化。

中国信通院工业互联网技术产业创新研究部副主任刘阳表示，工业数字孪生应用目前仅处于初级阶段，四类关键场景有望成为重点应用方向，即存量工厂三维可视化改造“应用普及”、全场景虚拟制造诊断“能力提升”、实时仿真/智能仿真“单点突破”、大国重器系统工程“科技攻坚”。

01.

底层技术不断突破，工业数字孪生未来已来

数字孪生产业玩家由数字孪生相关技术提供商与解决方案集成商两类构成。其中，技术提供商主要是可视化厂商、BIM(建筑信息模型)、GIS(地理信息系统)、CIM(城市信息模型)以及CAD/CAE仿真建模等技术厂商。

数字孪生建模、可视化渲染、仿真推演、感知标识、GIS与新型测绘、交互控制是支撑数字孪生的六大技术

，其中建模和仿真是数字孪生技术的核心和基础，构建高保真虚拟模型并开展实时高精度仿真是一项庞大的系统工程。

近年来，为了满足数字孪生技术对仿真能力和工具的新需求，主流工业软件供应商纷纷推出各自的数字孪生解决方案，以实现多物理场、多学科、多尺度的建模仿真，目前处于领先地位的数字孪生技术平台以Ansys、西门子、达索等海外厂商为主。

国内技术提供商也在各自细分领域不断钻研突破。建模基础软件方面，近些年国内CAD软件开始形成自主可控浪潮，中望软件(688083.SH)等本土企业在2D CAD领域已经掌握多项关键核心技术，在3D CAD领域，从几何建模的底层技术的加速突破，到针对大型企业协同设计需求的软件云化技术创新，华天软件、新迪数字等国内厂商正在加速构建面向未来的新一代工业软件。

在可视化渲染技术方面，随着网络和硬件性能提升，国产引擎渲染效果大幅度提升，从小场景应用逐步向大尺度场景渗透。例如优锘科技自研了数字孪生专用引擎ThingJS和一站式的数字孪生平台ThingStudio森工厂，满足不同行业数字孪生可视化场景的需求，并通过自主引擎支撑上层工具的功能实现和扩展。基于ThingJS数字孪生引擎，优锘科技开发了ThingJS数字孪生低代码平台，相比传统游戏引擎，能够提高90%以上的开发效率，提高了数字孪生技术的易用性和可用性。

数字孪生底层技术的突破以及数字孪生工具化、平台化快速发展，逐步将高技术门槛的数字孪生技术系统变成人人能用得起的软件，为数字孪生技术在制造业的大规模应用提供了基础条件。

02.

从高端制造到传统工业，工业数字孪生沸点将至

数字孪生最早应用于航空航天行业，美国国家航空航天局和美国空军研究实验室在未来航天器的设计研发过程中，充分运用数字孪生概念，减少实体产品直接模拟产生的大量成本。

随着物联网技术兴起，工业4.0概念被提出，云计算、大数据等新一代信息技术不断发展为数字孪生应用范围拓展提供保障，制造业成为数字孪生主要应用场景之一。

制造业企业通过物联网及边缘计算上传相关数据后，使用数字孪生技术可以完成生产、能耗、设备、设计、制造管理等工作，进而实现提质、降本、创收、增效四大价值。

目前数字孪生解决方案集成商以互联网大厂(BAT)、华为等云厂商及三大运营商为主，其通过搭建数字孪生系统基本架构，提供可视化引擎，接入工业实时数据还原生产场景，提供完整的工业数字孪生服务，配合工业生产的远程运维与可视化管理。

然而数字孪生在具体行业的应用仅有技术支持还不够，各行业所处的业务场景和对应需求不一样，行业Know-how是实现数字孪生落地的关键，要结合行业数据要素，不断打磨模型，才能建立精准智能的业务模型。

一汽红旗繁荣工厂是阿里与机械工业第九设计研究院合作开发的针对汽车行业的智能工厂。一汽红旗繁荣工厂依托阿里云工业大脑智能制造平台DTwin，结合机械工业第九设计研究院在汽车工厂规划方面的经验和数据，挖掘汽车生产场景中的业务痛点、难点与价值，在五大车间中完成了数百万数据点的实时采集、加工、存储、告警和控制工作，保障工厂生产的安全稳定，提升了产品质量，降低了能耗成本。

03.

数字孪生加速渗透传统中小型制造企业

此外，数字孪生技术的应用一度只有航空航天、汽车、船舶等行业的大型集团才有能力和资金开发，但随着技术进步、开发成本的降低，数字孪生在传统中小型制造企业的应用也在加速渗透。

“基于头部企业强大的行业知识，结合数字孪生技术，打造一系列可复制、可推广的行业级数字孪生应用，是我们深耕行业级数字孪生领域的初衷。”砖助智连在接受第一财经采访时表示。砖助智连是东南数字经济发展研究院孵化的聚焦产业数字化服务的数字技术公司。

针对衢州特种纸行业中小企业在数字化转型过程中面临的“转型难、成本高、见效慢”等问题，砖助智连先服务于特种纸头部企业仙鹤股份、生活用纸头部企业维达浙江，利用数字孪生技术的先进性，在造纸业头部分别构建数字化车间、未来工厂等，同时与龙游县经信局合作建设“龙游造纸产业中枢”，立足“8+X”行业级轻量数字化改造，帮助该县10余家造纸企业提供并完成数字化改造服务，助力当地传统造纸行业数字化转型。

“数字孪生技术要在制造业加速应用，需要真正在多个场景上为企业带来实际的价值。”以砖助智连服务的某头部客户为例，生产虚拟仿真技术可以帮助企业新员工培训时长减少50%，培训成本节省近万元/人，产线动态仿真可以帮助企业每年减少制造成本损失数百万元，质检仿真优化帮助企业减少在质量上的成本损失数十万元/线。

随着未来数字孪生应用场景的不断扩大，相关产业链公司有望迎来高速发展。根据IDC统计，目前中国仿真推演、可视化、交互控制、城市信息模型等板块均是“十亿”级市场规模，2021年相关企业在数字孪生解决方案方面的营收增长率普遍超50%，预计2022年整体市场将保持较好的增长态势。