数字孪生产业图谱：开启智能城市与工业“新引擎”

来源：《数字孪生系统设计与实践》

丁盈 朱军 王晓征

目前工业数字孪生产业体系划分成三类主体（如图2所示）：数字线程工具供应商提供MBSE 和管理壳两大模型集成管理平台工具，成为数字孪生底层数据和模型互联、互通、互操作的关键支撑；建模工具供应商提供数字孪生模型构建必备软件，涵盖描述几何外观、物理化学机理规律的产品研发工具，聚焦生产过程具体场景的事件仿真工具，面向数据管理分析的数据建模工具以及流程管理自动化的业务流程建模工具：孪生模型服务供应商凭借行业知识与经验积累，提供 产品研发、装备机理、生产工艺等不同领域专业模型。此外，标准研制机构为推动数字孪生理论研究与落地应用提供基础共性、关键技术以及应用等准则。

2.1 数字线程工具供应商围绕模型集成融合呈现两极分化特点

MBSE 工具供应商聚焦模型“正向”集成，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，实现敏捷、高效的产品数字孪生全生命周期管理。如达索发布面向云端客户的3DEXPERIENCE2021x平台，助力 MBSE 工具云化迁移，大大简化传统 MBSE 工具需要本地部署运行的过程，加快企业应用实施效率。

管理壳工具供应商聚焦模型“反向”集成，正逐渐提升自身数据格式兼容能力，打造工厂设备、软件与企业信息系统集成的一体化管理模式。如菲尼克斯打造电气管理壳平台工具，遵循IEC 61360 的数据定义格式规范，使用标准化的数字描述语言，来实现设备资产的统一数字化描述。

     

图2 工业互联网联盟归纳的工业数字孪生产业图谱

2.2 建模工具供应商聚焦自身业务优势加快布局

产品研发工具服务商对从模型外观形状到内部多类物理化学规律的精准建模能力进行综合升级。一方面，CAD/CAE 企业致力于集成多类模型，构建产品网络化协同研发能力。如 PTC 推出集成设计环境 Creo Elements/Direct，可合并多渠道 CAD 模型并附加开发验证模块，显著提高协同设计效率。另一方面，图形渲染工具商专注打造高效的数据逻辑处理平台。如 Unity 打造 Unity 3D 实时创作平台，能够对模型数据、传感器数据以及点云数据进行实时传输和渲染，并支持跨平台的模型 AR/VR 交互。

事件仿真工具服务商一方面横向集成多行业、多领域模型，增加场景覆盖范围：另一方面聚焦工厂产线规划、设备虚拟调试等先进领域进行纵向深耕，持续加强自身场景化赋能能力。在场景横向拓展方面，通过不断积累模型库中的事件仿真模型，逐渐将应用场景延伸到不同行业、不同领域中。如Mevea 拥有强大的物理计算引擎，同时不断积累面向工程机械、矿业、船舶等事件仿真模型，实现在驾驶舱上的事件模拟和培训。

在场景纵向深耕方面，持续深化事件仿真与数据科学相结合，优化事件仿真的精准度。如Simio 打造专业模型库，将大数据分析的学习能力与模拟分析的预测功能相结合，实现流程计划仿真决策预测的便捷性和准确性。数据建模服务商依托自身优势不断打造新型数据管理及分析工具。一方面，数据管理平台企业立足传统数据库优势，叠加智能分析算法服务，提供集数据管理和分析于一体的数字孪生工具。如OSIsoft推出数据管理平台 PI System，其通过数字孪生的产品组件 Asset Framework 可实现将数据与 SAP HANA 中预测分析和机器学习算法结合在一起，提供针对复杂数据的处理与管理。另一方面，数据分析企业依托数据分析工具优势，并与自研仿真软件形成组合，提供数据建模和仿真建模一体化工具。如 MathWorks 将旗下数学软件 MATLAB 和仿真软件 SIMLINK 打通集成，构建数据模型和仿真模型统一操作环境，打造机理模型和数据模型融合的数字孪生体。

业务流程建模工具服务商重点聚焦数据集成，以独立研发或合作的方式打造业务流程管理软件，同时提升数据可视化能力，构筑部门协同运作优势。如iGrafx 与 myInvenio、UiPath、BP3 Global 进行核心功能整合，形成流程挖掘和组织数字孪生（DTO）功能的产品。

2.3孪生模型服务供应商凭借专业知识与经验积累，持续构筑创新型数字孪生应用模式        

产品研发模型供应商围绕产品研发设计过程提供模型服务。一方面，产品研发服务商结合自身多年几何建模、设计仿真经验，根据用户需求为用户提供 产品研发模型。如上海及瑞借助Autodesk 建模工具，利用创成式设计帮助北汽福田设计前防护、转向支架等零部件，实现产品重量减轻 70%，最大应力减少19%。另一方面，产品制造类服务商通过与第三方合作，自身提供 产品模型，共同推进新型产品研发。如上海飞机制造有限公司基于华龙讯达数字孪生平台，将飞机模型与建模平台结合，加快大飞机结构研发进程。

装备机理模型服务商从单纯卖设备向提供“物理设备+孪生体”模式演进，提升产品的市场占有率和企业自身的产业技术升级。总的来看，可分为以下三种模式：一是装备企业依托自身对产品的深入理解，自行构建产品孪生模型，如ABB 依托深厚的设备制造经验，在 ABB Ability 软件系统基础上，推出了PickMaster Twin 产品，尝试打造完整的数字孪生体系；二是借助信息技术企业支持，共同构建产品孪生模型，如DMG MORI以自身产品技术特点为背景，与咨询公司 HEITEC 进行合作，有针对性向数字孪生解决方案提供商演进；三是提升产品开放程度，辅助用户构建产品孪生模型，如chiron、康明斯与 KUKA从自身产品功能出发，根据场景需要，对设备数据接口进行模块化集成，完善数字孪生体构建的边缘条件。

生产工艺模型服务商持续扩大与行业场景及业务需求结合的深度，因地制宜为不同用户、场景提供差异化孪生模型及服务。一类是生产运营类服务商基于自身长期生产经验支撑提供工艺优化模型，如贝加莱基于Automation Studio内嵌的经验模型，对车间的产线设计和物流规划进行虚拟调试，可提前发现错误。另一类是咨询服务商立足大量的项目规划设计经验，提供生产工艺优化模型，如埃森哲凭借多年咨询服务经验，可构建面向特定行业领域的数字孪生解决方案。