詳解數字孿生應用的十大關鍵問題！

數字孿生主流廠商和解決方案

當前，數字孿生領域在全球受到廣泛關註。西門子、達索系統、PTC、ANSYS、羅克韋爾自動化、Aveva、ESI、GE、SAP、Unity、微軟、Altair、Maplesoft、Bentley、力控科技、華力創通、觸角科技、優也科技、華龍訊達、美雲智數、寄雲科技、華天軟體、精航偉泰、比特視界和同元軟控等國內外廠商提供了數字孿生的相幹解決方案。

西門子的數字孿生解決方案覆蓋全面，從設計工具、虛擬仿真、制造運營管理到工業自動化、物聯網平臺等關鍵技術，均提供相應的技術。為了建立更加完整的數字孿生應用模型，西門子在CAD/PLM等工業軟體基礎上，不斷加大投資，先後並購整合了質量管理、生產計劃排程、制造執行、仿真分析等各領域領先的技術。

西門子的數字孿生應用分為產品數字孿生（Product Digital Twin）、生產數字孿生（Production Digital Twin）和性能數字孿生（Performance Digital Twin）形成了一個完整的解決方案體系，並把西門子現有的產品及系統包攬其中，例如Teamcenter、NX、Simcenter等。

• 產品數字孿生：在產品的概念和設計階段創建數字孿生後，使得工程師可以根據相應的要求仿真和驗證產品屬性：例如評估產品是否穩定，是否直觀易用？汽車車身是否提供盡可能低的空氣阻力？電子設備是否可靠？無論是涉及機械、電子、軟體還是系統性能，數字孿生都可以用於提前測試和優化。

• 生產數字孿生：它涉及從工廠的機器、設備、傳感器等整個生產環境的各個方面。通過在虛擬環境中仿真和調試，在實際操作開始之前，就可以識別錯誤和防止故障。

• 性能數字孿生：不斷地從產品或生產線獲得運行數據。這樣可以持續監控來自機器的狀態數據和制造系統的能耗數據等資訊。這使得可以執行預測性維護維修，以防止停機並優化能耗。

ANSYS Twin Builder是一款針對數字孿生的產品軟體包，能幫助工程師快速構建、驗證和部署物理產品的數字化表示形式。這款開放式解決方案可以集成任何IIoT平臺，並且包含運行時部署功能，從而能夠在運行過程中持續監控所用的每臺資產設備。在ANSYS Twin Builder的支持下，工業資產的連接功能與整體系統仿真充分結合，能幫助客戶開展診斷和故障排除工作，確定理想的維護程序，優化每個資產設備的性能，並獲得極富洞察力的數據，從而改進新一代產品。

最近，Ansys與微軟、戴爾、Lendlease等聯合推廣數字孿生技術，共同組建了數字孿生聯盟（Digital Twin Consortium, www.digitaltwinconsortium.org）。ANSYS與眾多夥伴的合作，表明仿真技術不再僅僅只是作為工程師設計更出色產品和降低物理測試成本的利器，通過打造數字孿生，仿真技術的應用擴展到各個運營領域，涵蓋產品的健康管理、遠程診斷、智能維護和共享服務等應用。

PTC對於數字孿生（數字映射）的認知更強調數字世界與現實世界的聯繫。PTC的數字孿生涵蓋產品設計、制造、使用，再將使用數據回傳進行監測分析，使得現實世界與數字世界之間的數據傳遞形成完整回路，加強現實世界與數字世界的連接。

隨著工業企業生成越來越多的有關物理世界的數據，PTC將這些數據映射回定義其產品、流程和人員的 IT 系統，以增強數字主線。同時PTC的物聯網平臺ThingWorx和增強現實平臺Vuforia等創造的數據，可以進一步挖掘數字孿生應用的價值。

PTC還與羅克韋爾、Ansys等建立了合作關係。PTC的ThingWorx、Vuforia與羅克韋爾自動化的MES、FactoryTalk Analytics 以及 Industrial Automation 平臺，可以簡化企業的連接方式，實現更好的互聯互操作性。而在ThingWorx上快速添加ANSYS工程仿真技術，通過兩大技術平臺之間建立聯繫，則有助於將原始數據轉變為可採取行動的新型智能資訊。

達索系統的數字孿生實現主要依托3DEXPERIENCE平臺，將企業產品的開發、驗證、生產、銷售、運營全流程與企業項目管理流程整合，實現虛實融合與交互。3DEXPERIENCE平臺將相幹技術和功能集成到一個統一的數字化創新環境中，創建數字孿生，從整個生態系統獲取洞察力和專業知識，從而測量、評估和預測工業資產的表現，並以智能方式幫助企業優化自身運營。

達索系統與ABB建立了全球合作夥伴關係，為數字化工業客戶提供獨特的、從產品生命周期管理到資產健康的軟體解決方案組合。兩家公司融合ABB Ability數字化解決方案和達索系統3DEXPERIENCE平臺的優勢，共同為客戶提供先進的數字孿生解決方案，幫助客戶以更高的整體效率、靈活性和可持續性運行。

Altair作為全球仿真技術領先廠商之一，近年來進行一系列相幹並購，制定了相應的數字孿生戰略。Altair數字孿生集成平臺融合了物理和數據驅動的映射，以支持整個產品生命周期的優化。基於Altair Activate，結合硬件在環和物聯網功能，進行多學科系統建模，實現數字孿生技術。除此之外，Altair與ACROME合作，基於3D+lD系統協同仿真引擎，推出了面向數字孿生概念的機電一體化仿真與實物實驗平臺相結合的專用教學套件。

SAP在2016年發布了資產智能網路AIN（Asset Intelligent Network），並在2018年漢諾威工博會上發布數字孿生網路（Networks of Digital Twins），將制造商和運營商在產品的不同階段的數字化映像數據真正打通。SAP的數字孿生系統通過在數字世界中打造一個完整的數字化映射，實現了實時的工程和研發。在產品的使用階段，SAP數字孿生系統采集設備的運行狀況，進行分析，得出產品的實際性能，再與需求設計的目標比較，形成產品研發的閉環體系。這樣的一個閉環體系，對於產品的數字化研發和產品創新有著非常重要的意義。

ESI集團提出了混合孿生概念，可以對服務中的產品進行數值模擬，並得出可靠的預測性維護方案。Hybrid Twin混合孿生模型的使用豐富了真實數據的虛擬樣機並利用AI和機器學習使更準確的預測變得可行和實用。Hybrid Twin監控系統實時變化，可準確預測各個產品特定行為的幾率。通過構建Hybrid Twin混合孿生模型，ESI集團幫助風電場的維護和監控成本平均降低了30％。

Unity基於自身實時3D技術和人機交互引擎，圍繞數字孿生技術體系提供實時3D開發工具；同時面向特定應用場景，與合作夥伴共同推出完整解決方案。在Unity平臺上，開發者可以完成從輔助產品設計、制造到最終產品上市的全生命周期，實現全流程的數字化。

Aveva為工業和基礎設施行業提供全面的復合數字孿生（composite Digital Twin）。Aveva的數字孿生解決方案涵蓋資產生命周期和運營生命周期，解決過程模擬、設計、工程、施工數據與供應鏈、運營和維護等一系列問題。Aveva在數字孿生領域不僅建立了十分全面的數字化設備模型，同時能對設備各種資訊和變更進行高效管理，幫助企業提高數據質量，減少錯誤、延誤和返工，降低成本。

微軟Azure將數字孿生作為一項 IoT 服務，是一套構建可感知環境的 IoT 解決方案，幫助創建綜合性的物理環境模型。它可創建空間智能圖，對人員、空間和設備之間的關係和交互建模。從物理空間而非不同的傳感器中查詢數據。此外，它還能構建可重用、高度可縮放且可感知空間的體驗，跨物理世界和數字世界將流式處理數據鏈接到一起。

Bentley面向數字孿生領域推出的iTwin Services，即數字孿生模型雲服務，可提供多范疇的對應服務，其中包括概念創新、施工、檢修、災後重建、運營創新等服務。它可幫助持續審查項目狀態，且可向前或向後查詢變更分類時間線上的任何請求的項目狀態，並實現任何項目時間線狀態之間變化的可視化和分析可見性。

值得注意的是，Bentley所提的數字孿生解決方案與BIM解決方案有明顯的區別：數字孿生服務於不同項目階段的任務，會遇到來自不同廠商、不同軟體所創造的數據。打開和識別一個BIM模型，往往需要原始的三維軟體。而數字孿生技術給用戶帶來的效益是，能直接查詢不同軟體創建的BIM模型，直接對所有不同數據源的資訊進行了解。

Maplesoft提供用於虛擬調試的數字孿生解決方案。通過數字孿生實現基於仿真的電機選型、PLC代碼測試、離線和在線仿真等，清除設備設計中的猜測。

力控科技數字孿生解決方案是通過集成三維可視化技術、快速建模技術、工廠設備實時狀態監控技術、照相監控技術等，實現三維數字孿生工廠的整體管理。三維數字孿生工廠平臺將車間三維高精度模型、工藝流程、設備屬性、設備實時數據，以及工廠運營管理數據等進行融合，直觀地展示生產車間的工藝流程，實現車間生產的遠程控制管理，提高車間的運營管理效率。同時為客戶提供完整的、高附加值的產品解決方案，實現企業的智能化與精細化管理。

華力創通提供產品的數字孿生解決方案，服務MBSE 驅動的多維度數字樣機、龐雜虛擬裝配、龐雜人機工效、多用途虛擬現實系統、數據質量管理和輕量化技術、高性能計算雲計算、工程模擬器、視景仿真可視化等業務。華力創通面向工廠的數字孿生解決方案，則結合MES、SCADA 等軟體，在通用虛擬現實平臺軟硬件支持下，華力創通提供物理資訊驅動下的實景三維工廠的虛擬現實人機交互體驗系統，通過全三維數據和業務數據的疊加，實現基於虛擬現實增強現實的工廠數字孿生項目的落地。

美雲智數提供了虛擬調試解決方案和數字孿生工廠解決方案，在美的集團等企業應用，取得顯著效果。數字孿生工廠應用實現了設備聯機、虛實結合、真實互動、設備故障預警和維修提醒。工廠審核效率提升65% ，設備故障率下降超過9% ，問題響應速度提升 30%。

寄雲科技為大型制造企業構建了從單一裝備到龐雜系統的數字孿生，通過對設備實時狀態、檢測和維護數據的智能分析，實現設備狀態監測、預測性維護、生產效率分析、質量溯源和預測等多種智能應用。

優也科技的Thingswise工業互聯網平臺通過數字孿生技術可以面向生產全流程全周期來開發智能應用。

觸角科技的數字孿生側重應用新一代MR/VR頭戴顯示設備，實時展示數字孿生三維場景與IoT動態數據，並通過自然互動方式完成對場景中虛擬設備的多視角仿真操控；結合真實工業生產環境與設備，完成虛實融合的互動操作流程引導，實現了新一代交互式電子指導手冊；全程錄制面向數字孿生三維場景的仿真操作流程，並作為資源共享給其他工作人員在同一三維場景中進行可視化回放，用於特定任務的仿真驗證與培訓。

華龍迅達基於騰訊雲推出木星數字孿生平臺，基於物理模型、傳感器、運行歷史等數據，集成多學科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過程的數據管理平臺，實現產品數據在虛擬空間中完成映射，從而反映相對應的實體裝備的全生命周期過程數字將工廠物理空間的控制、運行、質量、物耗、能耗等數據在虛擬空間中建立實時鏡像進行虛擬制造仿真，並將仿真結果作用於物理空間現場，助力企業提升資源優化配置能力、生產過程控制能力、均質生產保障能力、柔性制造能力和敏捷生產能力。

同元軟控面向太空領域，提供了數字伴飛和數字空間站等數字孿生應用方案。

精航偉泰則推出了基於模型的商業衛星設計驗證平臺。