数字孪生在工业领域的应用「工业数字孪生发展概况及运营商策略建议」

通信世界网消息（CWW）数字孪生是充分利用物理模型、传感器更新等数据，集成多学科、多角度的仿真过程，将物理实体镜像映射到虚拟空间，从而反映对应实体装备的全生命周期过程。数字孪生与元宇宙在数实空间融合方面具有相似性，但与元宇宙相比，数字孪生更强调复现物理对象的状态，更多应用于B端领域。经过多年发展，数字孪生概念已应用于企业研发、生产制造、运维服务等企业生产经营全生命周期各阶段，在促进生产力提升方面发挥了重要作用。比如在研发阶段，工业数字孪生通过虚拟调试能够显著缩短产品研发周期，降低研发成本；在生产阶段，数字孪生通过构建实时联动的可视化工厂，全面提升工厂一体化管控水平；在运维阶段，数字孪生将仿真技术与大数据技术结合可全面提升运维的安全可靠性。

从发展历程来看，数字孪生相关思想最早可追溯到20世纪60年代，美国航空航天局通过在地面搭建与太空完全相同的航天设备环境（即孪生），运用地面各类资源充沛的优势，在地面环境中充分验证各类故障解决方案可行性，为太空中的航天设备故障等提供最佳解决方案。2010年，美国航空航天局在其技术路线图中明确提出了数字孪生概念（Digital Twin），并给出了规范定义。此后，随着计算机技术发展和数据处理能力的提升，基于数字建模的数字孪生展现出了降低成本、提高效率、促进创新的重要作用，从航空航天领域向工业各领域全面拓展，西门子、GE等工业巨头投入重金积极研发数字孪生技术，打造数字孪生解决方案，赋能制造业数字化转型。2017年以来，数字孪生进入快速发展期，知名咨询机构Gartner连续三年将数字孪生列为未来十大战略科技发展趋势，洛克希德·马丁公司将数字孪生列为未来航空航天与国防的六大顶尖技术之首。2020年，德国贸易协会联合20家企业成立工业数字孪生协会，以加快构建数字孪生产业协同、加速工业4.0应用创新。至此，数字孪生的应用领域进一步拓宽，工业数字孪生、城市数字孪生等概念及应用快速发展。

从产业结构来看，工业数字孪生经过多年发展，形成了较为成熟的技术架构体系，包括基础层的数字支撑技术，如数据采集和传感器技术、数据存储和处理技术；建模层的孪生构建技术，如物理建模、数学模型和仿真算法等；应用层的人机交互技术，主要是将模拟结果以可视化结果呈现出来的图形渲染、虚拟现实、增强现实等技术。对应工业数字孪生技术架构体系，工业数字孪生产业也可划分为三层，即基础层、建模层和应用层。基础层主要包括芯片、传感器、监控设备等硬件设备及网络、算力等基础要素，负责工业数字孪生相关数据的采集和网络发送。建模层主要包括数据互动、模型构建、仿真模拟和融合交互。例如西门子通过对工厂信息建模，实现数字孪生工厂构建，对生产、制造、装配、物料等流程提供决策支持。应用层是对工业数字孪生技术的具体应用。工业数字孪生最早应用于航空航天领域，目前已逐步拓展至能源开采、智慧电力、智慧安防等领域。根据信通院数据，2022年全球数字孪生市场规模77亿美元，同比增长57.1%，2020-2022年CAGR为57.6%。预计2025年整体市场规模将达305亿美元，2022-2025年CAGR为35.7%。

工业数字孪生产业链

我国工业数字孪生发展前景

我国经济已由高速增长阶段转向高质量发展阶段，正加快建设以实体经济为支撑的现代化产业体系。工业是实体经济的重要组成，我国是全球最大工业国。一方面，工业数字孪生对于加快我国工业现代化进程，助力推动经济高质量发展具有重要意义。另一方面，我国工业规模优势也为工业数字孪生的蓬勃发展奠定良好基础。未来，我国工业数字孪生将迎来广阔发展机遇。

从国家政策层面看，近年来国家密集出台多项政策，加快推动工业数字孪生技术和应用发展。

2019年11月，发改委等15部门发布《关于推动先进制造业和现代服务业深度融合发展的实施意见》，提出支持数字孪生在工业领域的应用。2020年12月，工信部发布《工业互联网创新发展行动计划（2021-2023年）》，支持建设云仿真、数字孪生等技术平台，发展基于数字孪生技术的工业智能解决方案。2021年7月，工信部和标准委发布的《工业互联网综合标准化体系建设指南》进一步对工业数字孪生架构、技术和系统等相关要求进行了规范。2022年，国务院印发《“十四五”数字经济发展规划》，数字孪生相关部署加速落地。2023年，工业和信息化部等五部委印发《元宇宙产业创新发展三年行动计划（2023—2025年）》在指导思想部分明确指出要以构建工业元宇宙、赋能制造业为主要目标，在发展目标中提出到2025年，工业元宇宙发展初见成效，打造一批典型应用，形成一批标杆产线、工厂、园区。上述系列政策的出台为工业数字孪生在我国应用奠定了基础。

从产业应用层面看，我国超大规模工业产业体系和快速推进的工业数字化转型为工业数字孪生发展提供了广阔土壤。

规模方面，2022年，我国工业增加值超过40万亿元，其中制造业增加值33.5万亿元，占全球比重近30%，连续13年保持世界第一，拥有全球最为齐全的工业门类体系，巨大的工业产业规模为工业数字孪生发展提供了丰富的应用场景。工业数字化转型方面，2022年，我国工业互联网产业规模达1.2万亿元，应用于45个国民经济大类，全国工业企业数字化研发设计工具普及率达77%，企业关键工序数控化率达到58.6%，工业生产经营正从单体系统向集成系统和数字孪生体方向演化。根据信通院数据，2022年，我国数字孪生市场规模为104亿元，同比增长35.0%，预计到2025年，我国数字孪生市场规模将达375亿元。

电信运营商策略建议

当前，包括英伟达、西门子、GE、达索系统等科技企业、工业企业、工业软件企业正积极布局工业数字孪生领域，已经具备了一定应用规模。例如，英伟达的Omniverse平台已经为宝马公司建立了覆盖全球31家工厂的数字孪生工厂体系，有效提升了宝马生产效率。电信运营商是工业数字孪生基础层的通信基础设施提供者，具备拓展工业数字孪生的基础条件，加强基础设施建设、应用服务拓展、技术研发创新等方面布局，有利于进一步拓展提升企业价值。

基础设施建设方面

针对工业生产低时延、低抖动等特性要求，要面向重点企业、重点工业园区针对性加强5G网络、边缘计算等通信和算力基础设施建设，满足数字孪生落地应用需要。同时，要发挥电信运营商网络全球互联互通的优势，为大型跨国工业企业的数字孪生全局应用提供信息基础设施能力支撑。

应用服务拓展方面

足基础设施资源能力优势，加强和工业数字孪生应用平台等企业的合作，推动技术能力优势互补，联合打造推广一体化工业数字孪生解决方案。同时，发挥政企客户资源优势，加强与数字化能力水平高的大型工业企业合作，创新收益共享的商业模式，共同推动工业数字孪生应用的试点落地推广，打造数字孪生应用生态。

技术研发创新方面

加快推动数字孪生网络技术演进发展，强化与政产学研用等各方合作，积极参与推动完善工业数字孪生的总体架构及顶层设计，在平台建设、技术研究、行业标准推动和产业交流合作等多方面协同发力，形成合作共赢的产业链共同体，共同推动数字孪生技术创新发展。