近年来，随着制造业全面开启数字化转型，亟需依托新一代信息技术打造全新的发展引擎，数字孪生技术作为信息技术发展的新焦点和众多企业业务布局的新方向，能加速与数字、信息、通讯技术的融合，逐渐发展为一种基础性、普适性的技术体系，其在装备制造、汽车、化工、钢铁、制药等行业的应用场景日益清晰。本文介绍了数字孪生的市场与应用情况，并重点盘点了国内外主流的数字孪生厂商与解决方案。
本文由e-works编辑部吴星星原创发布。
Part01
数字孪生市场与应用概览
根据GrandViewResearch发布的数据，2021年，全球数字孪生市场规模为74.8亿美元，预计从2022年到2030年，年复合增长率将达到39.1%；另根据国外调研机构MarketsandMarkets的预测数据显示，到2023年数字孪生市场规模将达到157亿美元，到2025年将突破260亿美元。从这两份研究数据可以看出，数字孪生市场很大，而我国又是世界上工业门类最为齐全的国家，本身就有丰富的制造业应用场景和市场，数字孪生技术几乎可以延伸到制造业的每一个场景。
自2020年以来，西门子、达索系统、PTC、Ansys、罗克韦尔自动化、AVEVA等国际知名厂商不断推进数字孪生的落地，在多行业多领域开展了具体的应用实践，验证数字孪生的应用价值和可行性：
GE数字化风场利用PTC的数字孪生解决方案，为风场的资产、风机等构建数字孪生模型，对风场资产建立关联知识图谱，以及构建风机设备可视化、风机远程实时监控、风机健康诊断、风机运营管理、风机维修管理等APP，驱动产品的研发创新；
达索系统与中国铁路设计研究院将数字孪生技术应用在京雄铁路建设中，将开山、修路等过程做仿真模拟，推演出对环境影响最小的绿色方案，最终实现从设计、施工到运营的三维数字化智能管理，创造出智能高铁的“数字孪生”；
Ansys与阿里巴巴合作开展了变压器数字孪生项目，利用数字孪生技术监测导线电压、电流、油温和泵的设计流量，实时计算磁芯和线圈温度，实现数字和物理变压器的融合；
业内某知名锂电池生产企业与罗克韦尔自动化合作，借助罗克韦尔自动化Emulate3D数字仿真平台的数字孪生体构建功能和虚拟调试功能，实现1:1真实场景还原，并达到企业扩产增效降本的目标；
AVEVA与挪威AkerCarbonCapture公司合作，基于数字孪生技术提供进一步提升碳捕集和处理能力的整体解决方案，以实现其一体化工程设计，并实现减少碳排放，推进循环经济。
由此可见，数字孪生技术在制造业有着非常丰富的应用场景，贯穿产品的研发、制造、服役，乃至报废回收再利用的全生命周期。其中，复杂装备产品在运行维护阶段的数字孪生应用价值最为明显；在制造业工厂中，小到一个关键设备的零部件，例如机器人减速机，到装备整机，例如工业机器人，再到自动化产线，乃至整个车间、整个工厂，数字孪生技术也有诸多应用场景，覆盖不同的时空尺度。此外，数字孪生也可用于供应链管理领域，例如车间物流调度、运输路径优化等。
Part02
国际主流数字孪生解决方案概览
当前，国际上主流的数字孪生解决方案厂商主要包括GEDigital、西门子、PTC、Ansys、达索系统、AVEVA、罗克韦尔自动化、SAP、Altair、ESIGroup、微软、Maplesoft、Bentley、Unity等。在这些解决方案中，一些国际厂商基于自身的使能技术，打造了综合性平台来构建数字孪生的应用，例如GE的Predix、西门子的COMOSPlatform、PTC的ThingWorx、Bentley的iTwinPlatform；还有一些国际厂商则通过与多家厂商展开合作，提供数字孪生所需要的完整解决方案，譬如达索系统与ABB、Ansys和罗克韦尔自动化、Altair和ACROME、微软和Ansys都曾进行过数字孪生方面的合作。
国际主流数字孪生厂商和解决方案
AnsysTwinBuilder是Ansys的数字孪生解决方案，三大核心功能是模型建模、验证和部署，重点研究和应用领域可以概括为数字孪生生产设备、设计阶段的数字孪生、运行维护阶段的数字孪生、基于经验公式的数字孪生、基于仿真的数字孪生五个方向。在2022R1新版本中，AnsysTwinBuilder通过充分结合物理传感器和虚拟传感器，实现跨学科多领域的系统仿真与数字孪生；通过TwinDeployer加速导出和部署数字孪生，实现产品的虚拟实验，预测性运维，性能优化等增值服务。
AnsysTwinBuilder功能组成
AVEVA剑维软件的数字孪生产品组合
Altair数字孪生解决方案基于Altair数字孪生集成平台——AltairActivate，融合物理孪生体和数据孪生，以支持整个产品生命周期内的持续优化。AltairActivate是一个多学科的系统仿真工具，融合了物理和数据驱动技术，可实现数字孪生应用，帮助用户在产品开发早期了解系统的整体性能并识别各子系统之间的相互关系。此外，Altair与ACROME合作，基于3D+1D系统仿真，推出了有关数字孪生的机电教育套件；在2022年，Altair与LGElectronics(LG)达成合作，计划促进仿真自动化平台的研发与构建，以及开展用于开发LG产品的数字孪生技术方面的实践。
Bentley数字孪生解决方案以iTwinPlatform为基础，提供数字孪生技术实现基于数据的决策和业务服务。iTwinPlatform集成多种类型的原生数据格式，包括不同软件厂商的三维模型、二维图纸、实景模型、点云等，存储在同一的结构化数据库中，同时提供地理信息的数据接口，建立真实的“工程数字孪生”。其中，iTwinViewer提供了高精度、高性能的三维信息模型浏览，DataValidation提供数据校验服务，VersionCompare提供数据变更管理和对比分析功能。此外，通过Bentley提供的iTwin.js开源库，用户可以拓展自己的数据服务、应用程序和数据接口。
达索系统的数字孪生解决方案主要依托于3D体验平台——3DEXPERIENCE，将CATIA、BIOVIA、SOLIDWORKS、SIMULIA、DELMIA等11款工业软件集成到一个统一的数字化创新环境中，可提供一个贯穿设计、生产、制造、交付、运营等整个业务流程的完整解决方案。目前，达索系统的3D体验平台在中国商飞、中航工业、中国船舶、三一重工、阜外医院等行业龙头企业得到成功应用，然后不断地在其他行业中复制，帮助企业提升整体价值。
3DEXPERIENCE产品组合
ESIGroup提出了混合孪生的数字孪生概念，是由虚拟和数字组成，主要优势是建立了一个额外的、互补的虚拟模型，该模型必须以物理为基础，并描述因果关系。ESIGroup现有的数字孪生解决方案是HybridTwin混合孪生技术，可以结合物理模型和实时接收的数据构建特定模型，从而可以创建和预先认证研发产品、验证产品的性能，还可以预测其在维护过程中的维护需求，成功减少研发阶段的物理试错，以及后期的维护和安全问题。ESIGroup在电动汽车部署HybridTwin混合孪生技术，实现了电动汽车40%的续航里程增长，同时提供了最高的座舱舒适度和安全性。
ESIHybridTwin介绍
GEDigital的数字孪生解决方案是基于Predix平台提供服务，整合Proficy、APM、OPM、iFIX、Historian等软件服务，并将设备机理模型和数据驱动分析结合起来构建数字孪生体。尤其，GEProficy数字工厂软件家族兼顾了工业应用的稳定性和安全性，同时整合了IT行业最新的先进技术，有助于用户更好地构建和应用数字孪生。目前，GE将已有的大量资产设备数据和模型叠加，通过Predix平台，提供了一个通用的数字孪生体模型目录，包括多个工业数据分析模型以及超过300个资产和流程模型。用户可以利用现有的通用模型进行模型构建、仿真、训练，从而快速构建数字孪生体，并可在现场运行或在云端大规模运行，将模型推向使用端，然后再将它们产生的信息传回云端。
GEDigital的电网数字孪生案例
Maplesoft数字孪生解决方案基于MapleSim软件，提供一种不需要现场和物理机器就能设计、测试和优化机器控制代码的虚拟调试，实现基于仿真电机选型、PLC代码测试、离线和在线仿真等，消除设备设计中的猜测。例如，OEM厂商可以虚拟复现问题、诊断原因、并通过修改机器的控制代码解决噪音、振动、意外故障等问题。此外，Maplesof还提供交钥匙工程服务解决方案，帮助用户创建数字孪生并实施虚拟调试，进而诊断、修复和优化机器性能。
使用MapleSim创建数字孪生
PTC的数字孪生解决方案是基于PTC的数字主线和数字孪生平台，由CreoCAD数字设计平台、WindchillPLM数字主线平台、Vuforia增强现实平台、ServigisticsSLM服务生命周期管理平台、IntegrityALM软件生命周期管理平台、ThingWorx物联网与分析平台等数字技术产品形成了整合的解决方案，打通了需求、采购、质量与管控、市场营销、制造工厂、售后和召回等产品生命周期涉及的所有业务部门，形成了完整的数字主线，帮助用户创建其业务的数字和实体之间的闭环。
基于数字孪生的产品研制及运营模式
罗克韦尔自动化的Emulate3D数字孪生解决方案，是通过数字孪生技术仿真建模，从而改进系统规划和决策的一款数字自动化流程设计的仿真软件。该软件使客户在交付最终设计之前，对机器和系统进行虚拟测试，从而评估物理资产真实运行的状态和性能，实现产线的快速部署，并避免设计、试运转和启动过程中的意外。需要指出的是，Emulate3D是罗克韦尔自动化在2019年收购的一款软件，收购之后也成为FactoryTalkDesignSuite工厂自动化系统设计软件的一部分，可以实现对整个工厂自动化控制系统进行虚拟仿真和虚拟调试，还可以利用工厂的数字孪生模型对员工进行培训，降低工厂运营的风险。
基于Emulate3D的原型机验证和虚拟测试
SAP数字孪生解决方案与SAP推出的统一商业网络战略相契合，利用实时ERP、先进的分析和成功的网络解决方案，譬如AribaNetwork，SAPAssetIntelligenceNetwork，SAPLogisticsBusinessNetwork和SAPFieldglass，并通过开放和互联的商业网络，交付整合信息，帮助企业打造韧性供应链，提高敏捷性。同时，SAP数字孪生解决方案也与SAP启动的Industry4.Now战略高度契合，借助“Industry4.Now”，SAP将帮助企业打造一条真正的数字主线，贯穿智能产品和资产的整个生命周期，从设计到运维，并将获得的信息及时反馈到业务流程里。
SAP数字孪生解决方案在桥梁预测性维护的应用
Unity数字孪生解决方案主要由UnityReflect、UnityManufacturingToolkits（UMT）等产品组成。其中，UnityReflect用于构建数字孪生应用；UMT是Unity于2022年正式发布的专为零基础用户定制的智能制造数字孪生工具包，旨在帮助无建模基础与代码撰写经验的从业者迅速构建智能制造数字孪生系统。UMT从模型自动优化处理、约束导入和动作调试等基础操作开始建立对应真实产线的虚拟模型，继而用户在可视化编程界面中轻点鼠标实现信号与模型的绑定，同时，辅以UMT丰富的材质、组件、模型和UI库，用户可构建高质量的虚实同步数字化柔性产线。
UMT数字孪生系统整体搭建流程
Part03
国内主流数字孪生解决方案概览
在国内，主流的数字孪生解决方案厂商包括美云智数、华龙迅达、寄云科技、力控科技、精航伟泰、华力创通、同元软控、优也科技、触角科技、子虔科技、优锘科技、51world、卡奥斯、摩尔元数、易知微、木棉树软件等。由于中国数字孪生市场仍处于早期发展阶段，且受限于建模、仿真和基于数据融合的数字线程等技术瓶颈，国内数字孪生解决方案厂商目前主要针对特定的应用场景或行业提供服务。
触角科技触角科技的数字孪生解决方案是以感知MR/VR数字孪生协同平台为基础，通过结合MR/VR人机交互技术、5G网络与AI技术，为工业4.0、智慧城市背景下的数字孪生构建了高效率、低成本的远程三维可视化协同工作平台。触角科技的数字孪生解决方案具有多重优势，包括采用5G+MR/VR，虚实融合流程引导，远程实时协同工作，操作流程记录共享，全局实时监控，第一视角视频指导，可视化场景快速制作，资源与数据云端管理，训练数据快速生成，真实场景算法迁移等。
利用感知MR/VR数字孪生协同平台
实现场景三维可视化
华龙迅达华龙迅达木星数字孪生平台（JupiterDigitalTwinPlatform）是华龙讯达研发的基于物理模型、传感器、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程的数据管理平台，实现产品数据在虚拟空间中完成映射。基于该平台可反映相对应的实体装备的全生命周期过程，数字工厂物理空间的控制、运行、质量、物耗、能耗等数据，在虚拟空间中建立实时镜像进行虚拟制造仿真，并将仿真结果作用于物理空间现场，助力企业提升资源优化配置、生产过程控制、均质生产保障、柔性制造和敏捷生产等能力。
设备数字孪生自动完成故障报警及诊断
华力创通华力创通提供基于数字孪生体的数字工程解决方案，通过数字技术应用和集成创新，聚焦智慧+行业场景的创新应用，服务于数字经济和用户数字化转型。同时，华力创通数字孪生平台具有“一网多端、中台接入、多源驱动、决策智能”特点，通过运用新一代数字技术，结合“端边云网脑”五位一体的底座平台，对全域运行数据进行实时汇聚、监测、治理和分析，构建典型通用的数字孪生系统，全要素感知辅助宏观决策指挥。
华力创通数字工程业务全景图
寄云科技寄云科技为工业企业提供了基于数据智能的数字孪生开发方案。一方面，寄云科技提供了工业数据采集和边缘计算能力，帮助企业实现大型设备实时状态的采集和状态监测；另一方面，针对大型关键设备的故障诊断和预测，寄云科技提供了丰富的故障库，以及基于机器学习的故障诊断、健康评估和寿命预测能力；同时，还提供了工业数据建模工具以及工业可视化开发工具，实现对设备可靠性、生产性能和效率等关键指标的深度分析。此外，寄云科技还与安世亚太合作开发基于仿真模型+物联网监测的数字孪生解决方案，帮助企业实现精准且全面的状态监测和关键指标的性能预测。
寄云科技与安世亚太合作开发的
精航伟泰精航伟泰推出基于模型操作系统的数字孪生虚拟实验室ModelStudio，为用户提供基于MBSE数字孪生的数字化产品集成开发及仿真验证环境。用户利用ModelStudio中的ModelBuilder组件，将不同维度的仿真模型以及不同尺度的子数字孪生体模型，编译链接为系统的数字孪生体模型，完成航天器、无人机、机器人以及无人车等智能无人装备的数字孪生体设计。同时，通过ModelStudio中的数字孪生体模型操作系统ModelOS组件，来运行仿真用户构建的无人装备数字孪生体模型，大幅提升智能无人系统的创新能力与研发效率，进而实现智能复杂系统设计“所见即所得”。
基于数字孪生虚拟实验室ModelStudio产品的
卡奥斯卡奥斯的数字孪生解决方案是D3OS，该方案融合了物联网、大数据、人工智能等技术，可实现物理世界与虚拟世界1：1的实时高保真的可视、可管、可预测。基于D3OS，企业可通过物联网平台采集企业海量设备状态数据；通过数据主线平台汇集企业系统数据、工厂设备数据、传感器数据、人员管理数据以及供应链数据等多方数据；通过工业智能平台深度学习、强化学习等人工智能算法，提供企业资源优化配置策略和建议；通过数字孪生平台实现高保真动态数字孪生效果的呈现。
卡奥斯D3OS数字孪生产品架构
力控科技力控科技数字孪生工厂解决方案是通过集成三维可视化技术、快速建模技术、工厂设备实时状态监控技术、摄像监控技术等，实现三维数字孪生工厂的整体管理。三维数字孪生工厂平台将车间三维高精度模型、工艺流程、设备属性、设备实时数据，以及工厂运营管理数据等进行融合，直观地展示生产车间的工艺流程，实现车间生产的远程控制管理，提高车间的运营管理效率。同时为客户提供完整的、高附加值的产品解决方案，实现企业的智能化与精细化管理。
中深层地热能供暖数字孪生平台系统架构图
美云智数美云智数以工业仿真（MIoT.VC）系统为内核，形成了工厂决策驾驶舱、基于权限的运营管理、车间级虚实联动、设备状态/视频监控、厂区鸟瞰总览、物流路线可视化、产线数据可视化、员工操作VR培训等一系列数字孪生解决方案。在数字工厂建设方面，美云智数MIoT.VC采用“虚实联动+数字孪生”的形式进行3D工厂布局和整体规划，并不断滚动进行仿真规划设计、评估验证和更改。经过多年实践，数字孪生工厂应用实现了设备联机、虚实结合、真实互动、设备故障预警和维修提醒。
摩尔元数摩尔元数的数字孪生解决方案基于Wis3D数字孪生系统，运用WebGL技术、3D加速渲染，拖拽UI与3D模型库，快速搭建虚拟应用场景。Wis3D数字孪生系统具有“多类型终端适配、丰富的行业模板、高开发效率、技术门槛要求低”等特点，可面向工业、能源、水务以及智慧地球、城市、园区等领域构建三维可视化场景。通过与工业现场进行数据集成与融合，将物理车间进行数字化镜像，并对企业生产过程进行实时仿真、预测及优化决策，Wis3D数字孪生系统可为企业柔性生产和快速决策提供技术支持。
木棉树软件木棉树软件的数字孪生解决方案基于数字孪生引擎MMS3D，为Web可视化提供丰富的展现形式和视觉效果。数字孪生引擎MMS3D采用Javascript语言，基于mms3d图形引擎和mmsDT-5.0可视化开发平台，webgl标准B/S架构，前端采用HTML5和JavaScript技术作为研发基础，产品开发的二次代码及模型、程序、操作手册等项目源文件全部提供于客户，既可部署在云端，也可本地化部署。通过聚焦工业数字孪生的生产管控、智慧城市的监控运维等可视化应用领域，木棉树软件产品的模块组态化形式可以满足全要素智慧场景的构建。
数字孪生引擎MMS3D架构
同元软控同元软控数字孪生解决方案依托MWORKS平台，通过MWORKS.Sysplorer和MWORKS.Syslab软件进行数字孪生体的建模和仿真，为企业提供数字孪生体机理-数据高精度模型开发、管理、运行和应用服务。针对数字孪生体监测、评估、预测、优化与控制典型应用场景，MWORKS平台提供可定义、可组构、可交互的数字孪生应用服务。该解决方案具有“多层级、多物理、多尺度高保真数字孪生体构建，规范化、流程化数字孪生体评估，基于单一数据源的数字孪生体存储与管理，组件化、服务化的场景驱动数字孪生体应用”的特点。
同元软控数字孪生技术框架
51world51world围绕3D图形及物理仿真构建核心技术，打造了一个数字孪生PaaS平台WDP，两款SaaS产品——提升企业营销效率的元宇宙产品51Meet和帮助自动驾驶训练的仿真产品51Sim，以及系列面向智慧城市、园区、交通等行业的数字孪生应用51ISE、51TOC和51CIM。其中，数字孪生Paas平台WDP是一款致力于为各行业提供“低门槛、高质量”的数字孪生创作平台，可以用无代码的方式进行编译，并且在PC端、VR/AR端、手机端的应用。
优也科技优也科技的数字孪生解决方案是以大数据、人工智能、云原生为技术引擎，以基础工业数据操作系统ThingswiseiDOS为内核，通过数字孪生模型框架，高效整合工业现场数据，形成面向基础工业企业提升生产运营水平、能源利用水平、设备运营能力等系列工业智能APP应用系统。优也科技基于数字孪生框架的分层解耦架构，大大降低开发难度，有效支撑工业数据、知识与应用的重用复用与协同共建，实现由工业知识到模型、由模型到应用的高效转化。
基于数字孪生技术的应用案例展示
优锘科技优锘科技提供一站式数字孪生可视化管理平台，利用数字孪生引擎和工具平台——ThingJS低代码开发平台、ThingJS零代码开发平台、ThingStudio森工厂数字孪生工具链，在数字世界中“复刻”现实的实体对象，并进行仿真、监测、分析和控制，实现可视化、智能化、人性化、众创化的创新管理模式。在制造业方面，优锘科技智慧工厂管理平台基于数字孪生的理念，集成工厂生产、经营、安全、监控、设备等业务系统的数据，结合三维仿真技术，创建虚拟数字孪生工厂，实现对现实世界的全域感知、镜像再现，在数字孪生世界里构建智慧工厂各类智能应用。
森工厂ThingStudio数字孪生工具链
易知微易知微的数字孪生解决方案以EasyV数字孪生可视化搭建平台为核心，结合WebGL、3D游戏引擎、GIS、BIM、CIM等技术，助力各行各业快速搭建实时数字看板、数字驾驶舱、数字孪生等场景的可视化应用，帮助客户实现数字化管理。作为一款业务人员开箱即用的低代码可视化搭建平台，EasyV主要由可视化编辑器、地理信息引擎、统一数据源管理这三部分功能板块构成。平台内置200+官方自研可视化标准组件素材，同时也接入了ECharts、MakeAPie等第三方开源组件，素材广场中还拥有超过1000+的行业应用模板可供用户直接使用。
EasyV数字孪生低代码搭建平台
子虔科技子虔科技推出的数字孪生协同平台不仅可链接各种PLM、MBSE、CAX、BOM、ERP、MES、CRM系统，兼顾公有云及私有化部署，还可提供全面的应用开发接口。同时，基于子虔科技数字孪生协同平台打造的Zixel开放平台，由数字协同平台Z-collaborate、数字空间平台Zetaverse、以形搜形Z-matrix和数据轻量化处理服务Zeta.Realink组成，向合作伙伴及开发者全面开放，高效集成。此外，子虔科技的数字孪生云平台，通过底层平台将三维建模、数据中台接入能力、异构数据实时处理能力、游戏级渲染、XR交互等众多技术跨界整合，为传统行业带来价值。