【愚公系列】《工业数字孪生与企业应用实践》009-工业数字孪生产业布局动向

🚀前言

随着全球数字化转型的加速，工业数字化（Industrial Digitalization）正在深刻改变着各个产业的格局和发展方向。在这一背景下，工业数字李生的产业布局动向备受关注。企业纷纷意识到，只有顺应这一趋势，才能在竞争中保持领先地位，实现可持续发展。

工业数字李生不仅涉及先进制造和智能化技术的应用，还涵盖了物联网、人工智能、大数据分析等新兴技术的深度融合。这些技术的应用不仅提升了生产效率和资源利用率，还推动了产业链的重构和价值链的优化。随着数字化浪潮的不断推进，企业在产业布局上也开始向数字化、智能化转型，积极探索创新商业模式和运营方式。

🚀一、工业数字孪生产业布局动向

目前，工业数字李生的产业体系可分为三类主体：第一类是数字线程供应商，提供基于模型的系统工程（MBSE）和管理壳等模型集成管理平台工具，支撑数字孪生底层数据和模型的互联、互通与互操作；第二类是建模工具供应商，提供数字孪生模型构建所需的软件，包括产品研发工具（描述几何外观和物理化学机理）、事件仿真工具（聚焦生产过程）、数据建模工具（面向数据管理与分析）以及业务流程建模工具（实现流程管理自动化）；第三类是李生模型服务供应商，凭借丰富的行业知识和经验，提供涵盖产品研发、装备机理、生产工艺等领域的专业模型。此外，标准研制机构致力于推动数字李生理论研究与应用，提供基础共性和关键技术支持。

🔎1.产业布局

🦋1.1 数字线程供应商：模型集成融合呈现两极分化

(1) MBSE工具供应商（模型“正向”集成）

• 特点：依托工业互联网平台，将整套工具向云端迁移，打造“云平台+MBSE”的模型管理系统，实现产品全生命周期的敏捷、高效管理。
• 案例：达索发布了基于云端的3DEXPERIENCE 2021x平台，简化了传统MBSE工具的部署，提升了企业应用实施效率。

(2) 管理壳工具供应商（模型“反向”集成）

• 特点：专注于提升数据格式兼容性，打造集成设备、软件与企业信息系统的一体化管理模式。
• 案例：菲尼克斯的电气管理壳平台工具，基于IEC 61360标准，实现了设备资产的数字化统一描述。

🦋1.2 建模工具供应商：聚焦自身业务优势，加快布局

(1) 产品研发工具供应商

• 特点：提升从外观形状到物理化学规律的精准建模能力，助力多类模型的集成，构建产品网络化协同研发能力。
• 案例：
  • PTC：推出集成设计环境Creo Elements/Direct，合并多渠道CAD模型并附加开发验证模块，提高协同设计效率。
  • Unity：推出Unity 3D实时创作平台，能够对模型、传感器数据和点云数据进行实时传输和渲染，支持AR/VR交互。

(2) 事件仿真工具供应商

• 特点：横向拓展多行业、多领域应用场景，纵向深耕工厂生产线规划、设备虚拟调试等领域。
• 案例：
  • Mevea：通过强大的物理计算引擎，积累了工程机械、矿业、船舶等行业的仿真模型，提供驾驶舱仿真与培训。
  • Simio：将大数据分析和模拟分析结合，提供精准的流程计划仿真决策。

(3) 数据建模工具供应商

• 特点：结合数据管理与分析，打造新型数据处理与管理工具。
• 案例：
  • OSIsoft：推出Pl System平台，结合SAP HANA预测分析与机器学习算法，优化复杂数据管理。
  • MathWorks：通过集成MATLAB和Simlink，构建数据模型与仿真模型统一操作环境。

(4) 业务流程建模工具供应商

• 特点：专注数据集成与可视化，提升部门协同运作能力。
• 案例：iGrafx与myInvenio、UiPath等合作，推出支持流程挖掘和组织数字化转型(DTO)的产品。

🦋1.3 数字孪生模型服务供应商：通过专业知识与经验构建创新型应用模式

(1) 产品研发模型服务商

• 特点：为产品研发设计过程提供精准建模服务。
• 案例：
  • 上海及瑞：利用Autodesk工具，帮助北汽福田设计零部件（如前防护、转向支架），实现产品重量减轻70%，最大应力减少19%。
  • 上海飞机制造有限公司：结合华龙讯达数字孪生平台，加快大飞机结构研发进程。

(2) 装备机理模型服务商

• 特点：从单纯卖设备向提供“物理设备+孪生体”模式演进，提升产业技术升级。
• 模式：
  1. 装备企业自主构建产品孪生模型：例如ABB依托设备制造经验，推出PickMaster Twin，构建完整的数字孪生体系。
  2. 信息技术企业与装备企业合作构建产品孪生模型：例如，DMG MORI与HEITEC合作，共同推进数字孪生解决方案。
  3. 开放产品数据接口，辅助用户构建孪生模型：例如，Chiron、康明斯与KUKA提供模块化的数据接口，帮助用户构建数字孪生体。

(3) 生产工艺模型服务商

• 特点：结合行业需求，为不同用户提供差异化孪生模型和服务，尤其在生产工艺优化方面有所创新。
• 案例：
  • 贝加莱：基于Automation Studio的经验模型，进行生产线设计和物流规划的虚拟调试，提前发现潜在问题。
  • 埃森哲：结合丰富的咨询经验，为特定行业提供数字孪生解决方案，提升生产工艺优化效果。

🔎2.企业合作分析

🦋2.1 建模工具服务商与平台企业的合作

(1) 与IoT平台厂商合作：

• 目标：增强模型的数据接入，提升生物对象的实时仿真能力。
• 案例：
  • ANSYS与PTC合作：共同构建泵的数字孪生模型，实时将泵的数据录入仿真环境，通过数据分析预测泵的损坏时间，并诊断损坏的机理。

(2) 与数字线程平台企业合作：

• 目标：构建模型一体化管理环境，实现生物对象的全流程仿真。
• 案例：
  • 西门子与Bentley合作：基于西门子的产品生命周期管理系统Teamcenter与Bentley的建筑信息建模软件，推出PlantSight产品，增强工厂工程各系统的集成设计，提升建模仿真兼容性。

🦋2.2 建模工具服务商与新一代信息技术企业的合作

(1) 与AR/VR企业合作：

• 目标：打造可视化建模解决方案，提升产品设计过程的交互体验。
• 案例：
  • Autodesk与微软合作：将产品模型设计从Autodesk传统软件环境迁移到微软HoloLens虚拟现实环境，支持在产品开发早期通过数字化全息设计进行完整模型预览。

(2) 与云计算厂商合作：

• 目标：共同推动建模仿真软件的云化，降低用户使用门槛。
• 案例：
  • ANSYS与微软合作：推动传统本地化建模仿真软件向云端迁移，使数字孪生产品的部署更加灵活，降低用户成本。

(3) 与数据管理企业合作：

• 目标：推动资产数据集成与分析优化解决方案，提升整体数据管理效率。
• 案例：
  • 海克斯康与OSIsoft合作：通过SDx Connector平台与OSIsoft的PI数据管理系统，打造集成资产设计、施工、运营的综合工程管理解决方案。

🦋2.3 建模工具服务商与垂直行业的合作

(1) 聚焦行业特定生产环节及场景：

• 目标：通过行业专有模型与仿真工具的融合提升单点优化能力。
• 案例：
  • ABB与CORYS合作：针对能源和过程行业的工厂控制系统进行模型验证和测试，缩短控制过程的调试和启动时间。

(2) 面向行业生产全流程的合作：

• 目标：结合数字线程、仿真工具与行业模型，打造覆盖产品全生命周期的一体化解决方案。
• 案例：
  • 施耐德与AVEVA及Doris合作：基于统一的模型管理平台，融合异构数据与行业模型，为石油和天然气行业提供结构化的产品与业务流程服务，提高工程项目的实施效率。

🦋2.4 工业数字孪生企业合作的形式

(1) 产学研合作：

• 目标：推动技术突破和应用创新，结合学术研究成果与项目实践经验。
• 建议：企业与高校、科研机构合作，探索技术创新与应用。

(2) 企业间合作：

• 目标：通过集体行动，形成合作网络，联合开发数字孪生技术、平台与应用案例。
• 建议：加强跨行业企业合作，资源共享，协同开发，共同推动数字孪生技术的创新和应用。

(3) 供应链合作：

• 目标：推动数字孪生技术在整个供应链的应用，提升整个产业链效率。
• 建议：构建数字化闭环的供应链，提升信息共享和风险共担的能力。

(4) 行业模式合作：

• 目标：推动行业模式与商业模式的创新，提升价值链协同。
• 建议：结合行业需求推动数字孪生技术与行业模式的结合，推动全行业的数字化转型。

🦋2.5 合作案例分析

以下是几个典型的工业数字孪生企业合作案例，展示了不同合作模式的实际应用：

1. GE与洛阳引力：
   • 合作内容：共同开发机车的数字孪生技术，通过数学建模和仿真提高机车性能与运营效率。
2. BMW与Siemens：
   • 合作内容：共同开发数字孪生平台，优化维修、生产和现场监测。该平台可以模拟每一辆汽车并运行测试，支持生产和维修过程。
3. 麦格纳与思科：
   • 合作内容：合作开发工业4.0数字孪生应用，提升生产效率和零部件生命周期的可追溯性，特别是在电动车和自动驾驶领域。
4. SK电子与华为：
   • 合作内容：共同开发智能制造和数字化工厂的数字孪生应用，结合物联网和大数据，推动制造业数字化转型。

🔎3.巨头发展布局分析

🦋3.1 西门子 (Siemens)

西门子是全球领先的工业自动化公司，拥有从工业控制到工业软件的完整产品谱系，专注于数字孪生技术的研发与应用。其技术路线围绕三个层次的数字化双胞胎（产品、生产过程、性能）展开。

• 数字孪生技术：西门子通过收购工业软件，构建虚实互动的工厂级数字孪生解决方案。核心技术包括：
  • NXCAD/CAE机械设计软件
  • Mentor电子设计软件
  • COMOS工厂工程设计软件
  • Teamcenter产品生命周期管理系统
  • Mindsphere工业互联网平台
• 数字孪生产品：提供工艺模拟、物流模拟、自动化虚拟验证等虚拟制造解决方案，推动智能工厂建设。

🦋3.2 ABB

ABB的核心业务包括电力、工业自动化和机器人等领域，其在数字孪生方面也取得了显著成就。

• ABB Ability平台：为企业提供设备和系统之间的集成、数据收集、分析、维护管理等服务。
• 合作与研究：ABB与微软合作开发数字孪生平台，推动人工智能技术应用；与IBM合作成立Industry 4.0创新校园，推动智能制造和数字孪生技术的应用。

🦋3.3 通用电气 (GE)

通用电气通过其GE Digital部门推出了多个数字孪生解决方案，专注于设备优化和效率提升。

• Predix平台：GE的数字孪生平台，连接物理和数字系统，优化设计、减少停机时间。
• 合作伙伴：与微软合作推进数字孪生和AI解决方案，与IBM推出燃气轮机数字孪生平台，实现生产效率提升。

🦋3.4 PTC

PTC是一家领先的软件公司，其数字孪生解决方案ThingWorx被广泛应用于制造业和工业领域。

• ThingWorx平台：基于物联网技术，结合人工智能，实现预测性维护、能耗管理和流程优化。
• 合作与整合：PTC与西门子合作推出自动化工具箱，并与阿尔卡特-朗讯合作整合网络技术，提升数字孪生平台的可靠性。
  

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🦋3.5 IBM

IBM的数字孪生平台Watson IoT广泛应用于多个行业，如制造业、能源、交通等，支持企业数字化转型。

• Watson IoT平台：基于物联网和人工智能技术，为企业提供数字孪生解决方案。
• 合作与区块链：与ABB联合推出工业4.0和数字孪生解决方案，结合区块链技术提升数据安全和可靠性。

🦋3.6 达索系统 (Dassault Systèmes)

达索系统在数字孪生领域持续布局，致力于通过数字空间全链条软件打造闭环优化的产品数字孪生解决方案。

• 发展阶段：
  • 第一阶段：收购SolidWorks、ABAQUS等，增强仿真分析和设计能力。
  • 第二阶段：整合PLM（如ENOVIA）和ERP、MES系统，打造全生命周期管理平台3DEXPERIENCE。
  • 第三阶段：与ABB合作，提升自动化和虚拟执行能力，实现虚实联动。
  • 第四阶段：结合AI技术提升数字孪生的映射精度。

🦋3.7 施耐德电气 (Schneider Electric)

施耐德电气专注于能源管理和自动化领域，持续优化工业仿真设计能力，提供行业定制的数字孪生解决方案。

• 数字孪生战略：施耐德致力于推动能源与自动化领域的智能化升级，优化工厂运营效率，提供端到端的数字化转型服务。