1.6.2 相关企业的推动

1 西门子

西门子的核心价值主张和技术路线就是通过数字化技术打造三个“数字化双胞胎”，即在企业的研发环节，建立企业所要生产、制造的产品数字化双胞胎；企业在规划的产品被研发出来，准备制造时，建立包括工艺、制造路线、生产线等内容的生产数字化双胞胎；当产品和生产线投入使用时，建立反映实际工作性能的性能数字化双胞胎（见图1-6）。建立三个数字化双胞胎后，还应该考虑背后数据的互联互通，产品加工和交付的过程中产生的大量运行数据可用于与设计数据比较，数据的一致与否以及如何保持设计和实际数据的一致性是生产力和创新力的重要驱动，并以此促进下一代产品的迭代更新。而保持互联互通的关键要素就是成熟的工业软件及底层支撑技术。西门子在产品研发与制造过程以及工厂管理的完整价值链上提供三个数字化双胞胎创建和互联互通的一体化解决方案。从产品研发阶段的NX三维设计及仿真软件、Teamcenter产品生命周期管理软件，到COMOS工厂工程设计软件、TIA博途全集成自动化平台、Simatic IT生成管理软件，再到PSE工艺过程模拟软件、Mendix低代码平台、MindSphere云平台等，西门子以近乎完美的产品组合来打造现实与虚拟的融合，将数字化双胞胎应用到贯穿产品研发到车间生产的工业场景和流程中。

图1-6 西门子三个数字化双胞胎（来源：西门子数字化战略报告）

2 达索

达索系统是三维建模的重要软件之一。经过40余年的沉淀，其在与波音、空客、宝马、奔驰、格力、美的、阿迪达斯、爱马仕等不同行业的大客户合作过程中积累了深厚的技术与行业经验，完成了三维建模到仿真建模再到三维体验的更新升级与换代。达索凭借航空业CAD设计软件的沉淀以及收购策略，建立了复杂的产品线。2012年，达索提出3D EXPERIENCE战略，并于2014年推出3D EXPERIENCE平台，通过统一的平台架构，把旗下的产品逐步统一到一个平台上，实现了设计、仿真、分析工具（CATIA、DELMIA、SIMULIA等）、协同环境（VPM）、产品数据管理（ENOVIA）、社区协作（3DSwym）、大数据技术（EXALEAD）等多种应用的打通，覆盖了航空航天、交通运输、工业设备、高科技、能源等11个行业。可以说，3D EXPERIENCE是达索在对数字孪生技术深入思考后给出的独特、完备的解决方案，着重强调体验一致性、原理一致性、单一数据源、宏观与微观统一。除了瞄准智能制造、智慧城市等数字孪生技术的典型应用领域外，达索还积极探索生命科学这一面向未来的领域，在数字化人体、医疗设备、药品研发、临床试验等多方面积极布局，提出了数字化革命从原来物质世界中没有生命的“Thing”扩展到有生命的“Life”的前沿概念。

3 ANSYS

ANSYS公司因有限元分析而出名，其以仿真为基础，从仿真的角度出发认识数字孪生。他们认为，“要充分实现数字孪生所蕴藏的巨大价值，仿真是重要途径”。ANSYS Customer Excellence总监Peyman Davoudabadi博士将数字孪生的技术架构概括为五个方面：系统级支持、控制系统、完整技术平台、基于物理场的仿真和集成数字孪生生态系统。通过构建的数字孪生系统在完成物理资产数字化的前提下，广泛引用多工况仿真技术实现了设计、运行、服务的产品全生命周期应用。ANSYS拥有一整套仿真解决方案，包括平台、物理知识和系统功能，集成多款建模仿真软件（见图1-7）。ANSYS Twin Builder平台作为数字孪生分析的最终载体，支持组件、子装配体、系统等不同层级的数字孪生体构建，并准确反映各部件间错综复杂的作用关系，完成系统全方位描述。ANSYS提出的基于仿真的数字孪生解决方案数据依赖性低、模型成长性好，能有效降低设计、生产、维护、工程变更成本，具有高洞察力，可预见潜在故障，用于未来产品改进与重新设计。以奥地利最大的电力供应商Verbund为例，其每台涡轮机的任何计划外停机成本高达每小时6万美元，所以Verbund希望预测其涡轮机在不同负载条件下的磨损情况，以优化涡轮机的输出。通过应用数字孪生优化涡轮机的运行，Verbund每年可为每台涡轮机节省约10万美元，而Verbund运营着120多个工厂，可以部署多达120个数字孪生。

图1-7 ANSYS数字孪生技术架构（来源：ANSYS中国）

为加速不同行业的数字孪生应用，2020年5月，美国ANSYS公司、微软公司、戴尔公司、Lendlease公司等共同宣布成立数字孪生联盟，旨在制定数字孪生路线图及行业应用指南，开发相关标准，增强数字孪生的可移植性和互操作性，推动数字孪生技术在更多行业的应用。该联盟成立短短几个月，就已经吸纳了来自全球政府机构、工业界、学术界的会员单位150余家。美国空军研究实验室、通用电气公司、诺格公司等军工巨头均是该联盟的创始成员，其在数字孪生技术应用方面的成功经验将为加速数字孪生技术的推广应用奠定坚实基础。

2020年8月，数字孪生联盟与工业互联网联盟达成协议，希望加快数字孪生技术的开发、应用速度并创造经济效益。其联合活动主要包括：在标准化要求方面进行协作；通过协调技术组件及其他要素来实现互操作性；协调在术语、安全、模型、支撑技术等方面的工作，以便在各领域中获得应用；组织进行信息交流，联合召开研讨会和进行市场营销。

4 微软

微软是数字孪生的一个软件解决方案供应商，其作为IT企业代表，主张云与AI结合的数字孪生体战略，并在2018年发布了Azure Digital Twins平台，提供了全面的数字模型和空间感知解决方案，可应用于任何物理环境。该平台是一个服务型平台（PaaS），可基于整个环境的数字模型创建孪生体。这些环境可能是建筑物、工厂、农场、能源网络、铁路、体育场等，甚至是整个城市。这些数字模型可用于获取洞察力，以推动产品改进、运营优化、成本降低和客户体验突破。其创新性地使用空间智能图来模拟人、地点、设备、环境之间的复杂关系，支持全面的信息互联与双向通信，可接收物联网及业务系统的输入作为驱动数字孪生体的数据，能够从状态属性、事件触发、组件关系等多方面对模型进行描述，并保证数字孪生体的实时同步更新。此外，Azure具有强大的服务生态（Azure AI、Azure存储、Office 365），能够提供完备的数据存储与历史回溯等服务。借助云服务与全面互联的技术基础，用户可了解到整个系统的实时运行状况，完成远程监控和基于智能算法的预测性维护。

5 美国参数技术公司（PTC）

PTC擅长将数字孪生技术与增强现实技术结合，让数字孪生体变得更加形象化、场景化、更富真实感，强调数字世界与物理世界的紧密相连，以此探索企业数字化转型的本质。借助增强现实技术和已构建完成的数字孪生体，系统可根据用户、场景等不同需求，将不同的虚拟信息等准确无误地叠加到现实的物体之上，广泛应用于产品设计与动态信息展示、员工实操培训、施工现场设备维护、专家远程协同作业、可视化装配指导、客户定制化生产等多个工业应用场景中，能有效提高效率并降低成本，克服工程、制造、服务、销售和营销等多方面的挑战。图1-8为数字孪生与增强现实在汽车行业的应用示意。

图1-8 数字孪生与增强现实在汽车行业的应用（来源：PTC官网）

6 通用电气（GE）公司

GE公司收集了大量资产设备（如航空发动机）的数据，通过数据挖掘分析，能够预测可能发生的故障和时间，确定故障发生的具体原因，GE公司近年来格外重视数字孪生技术的应用与探索。GE公司具有基础平台软件研发和推广能力，借助Cloud Foundry开源框架构建通用PaaS（平台即服务）平台，技术实力强，对各领域有较透彻的理解，具有较强的竞争力，占有较大的市场份额。公司已投资建立工业资产的高保真数字孪生模型，到目前已建立了如齿轮和发动机数字孪生模型，并宣称有数十万生产中的数字孪生实例。以风力机为例，Predix提供的通用数字孪生体必须针对特定电厂的具体风力机进行定制。Predix中的风力机通用模型包含：具有材料和组件细节的PLM（产品生命周期管理）系统信息、三维几何模型、可根据物理算法预测行为的仿真模型等。