数字孪生技术：打造经济的“数字底座”

宦菁

在以用户为中心的理念下，企业可以通过数字孪生技术，满足每个消费者的需求，与消费者主动匹配实现自动化。

VR眼镜、3D建模、5G全连接工厂……在2021年中国国际服务贸易交易会的电信、计算机和信息服务专题板块中，众多科技新品纷纷亮相，令人目不暇接。这其中，影谱科技展台中的数字化商品交互应用引起了不少观展者的兴趣。人们可以通过VR眼镜“看”到智能影像采集终端所生成的商品3D模型。它不仅可以通过虚拟操作商品模型，实现商品的平移、旋转、放大、缩小、变换颜色和交互，还能支持用户从任何一个角度观察、体验产品，带给使用者更加真实的感受。

这种神奇的数字化模拟就是数字孪生技术中的一环。数字孪生技术如今在产品设计、产品制造、工程建设等领域大放异彩，成为未来经济发展的“数字底座”之一。

打开新世界

说起孪生，很多人的脑海中会立刻反应出“双胞胎”“孪生兄弟”“孪生姐妹”之样的词语。通俗地说，数字孪生就是数字的双胞胎。只不过数字孪生中的双胞胎，并不是两个完全一样的个体，而是两个系统。一个系统存在于现实的物理世界，一个系统存在于虚拟的计算机世界，并且通过智能技术，使得这个存在于虚拟世界中的系统也能以一种直观的方式让我们感知与触碰。数字孪生就是利用信息技术，在计算机虚拟数字空间中重塑物理世界的真实运行状态。

在数字技术没有问世前，人们只能在图纸上实现对未来产品或建筑的構想。对于可能出现的问题，大多是通过各种数据演算得出，无法直观地了解。数字孪生技术的出现无疑为人类打开了一扇认知的大门。

今年5月18日，一场名为“昇腾万里，数智江北”南京昇腾人工智能计算中心项目发布暨生态链项目签约仪式在深圳举行。这场签约仪式是华为牵手南京江北新区，为江北新区打造“数字孪生第一城”赋能的里程碑事件。

早在2019年，江北新区就启动了“策源地计划”，并在“计划”框架下发布《南京江北新区智慧城市2025规划》，提出到2025年，江北新区率先建成“全国数字孪生第一城”。从此，江北新区的数字城市和物理城市同步规划、同步建设。从地下建设开始，物理城市所有的建筑、道路、设施以及物件、事件都有相应的数字虚拟映像，从而实现从规划、建设到管理的全要素、全过程的数字化。

如果说江北新区是利用数字孪生技术实现整个城区的数字化，那么杭州东站建设则通过这一技术实现了工程点上的优化。今年，车站建设利用数字孪生技术克隆出虚拟的杭州东站，不仅可以预测预判，实现三维可视化指挥，还可以在虚拟的杭州东站对各种创新实践进行试错，从而得知这种创新实践在现实车站中是否可行。

对于城市的建设者而言，运用这一技术克隆出与物理世界相对应的虚拟世界，将大大减少试错成本。在虚拟世界中，人们可以看到物理世界的角角落落，并且可以在虚拟世界中进行各种创新性尝试与改革。人们可以提前直观地了解到自己的构想运用在现实生活中是否可行。这样不仅减少了试错成本，还能够在虚拟世界中不断优化方案，直到获得最优的结果并付诸物理世界的实践。

“数字孪生工厂”显身手

“只要打开电脑，就能‘一屏统管整个车间里的每台机器、每个参数，还能实时查看所有生产流程。”在亚东（常州）科技有限公司（下文简称“亚东”）数据中心，公司总经理薛梁展示了“数字孪生工厂”的“云图”。

作为常州的传统纺织印染龙头企业，成立于2011年的亚东一直在江苏省纺织染色行业中名列前茅。人们熟知的优衣库等品牌中的部分衣服面料便出自亚东。经过10年的发展，无论企业体量还是产量，亚东都有了长足提升。如何高效管理生产运行成了企业亟须解决的问题。

今年，在天宁区政府引入的海尔卡奥斯的助力下，亚东率先打造全国首家1：1虚拟还原的“数字孪生工厂”。“数字孪生工厂”，顾名思义，指通过数字化构建一个数字世界里一模一样的实体工厂，实现对车间场景的实时了解、分析和优化。

“过去我们要靠脚力跑遍工厂的车间生产线，如今只需要盯着整个企业车间的‘云图，就能实现‘一屏统管。”亚东首席信息官徐鑫介绍，“数字孪生工厂”并不是“无人工厂”。“数字孪生工厂”主要解决的是企业运行过程中的痛点。

“通过模拟运行调试，我们现在能够有效破解传统印染行业面临的装备智能化水平低、数据孤岛化严重、维修成本高等痛点，工作效率提高了10%～15%。”徐鑫表示，解决了各种痛点后，在企业大数据平台，通过收集企业各类数据，并进行整理和分析，能解决印染企业从原材料、加工、贸易等环节上各自为政造成的成本高、能耗高等问题，实现了从“代替人”到“协助人”的数字赋能，打造“高效率、高质量、高集成”的工业互联网样板工厂。

在长春，一汽红旗最新的新能源工厂正在如火如荼地建设中。当它建成后，将成为一座聚合数字孪生技术、智能制造的“汽车数字工厂”。今年5月28日，在2021阿里云峰会上，阿里云与机械工业九院联合发布“汽车数字工厂1.0”行业解决方案，数字孪生是这个方案中的重要部分。而“繁荣工厂”将会是首个采用这套方案的主机厂。

汽车制造是一种典型的离散制造：产品的生产过程通常被分解为很多零件，在不同的工厂甚至不同的企业里生产，生产过程更为复杂多变。而与之相对的则是流程制造，例如钢铁、水泥、服装等工厂，用一条生产线就将原料制成成品。

把工厂搬到虚拟空间里，对于车间的管理人员或者工程人员来说，偌大工厂的管理和生产安排变得没那么困难了。“繁荣工厂”占地面积78万平方米，相当于105个足球场那么大。如果采用人工巡场的方式，人力资源成本高企不说，也无法实时兼顾到所有的生产线。数字孪生虚拟出来的工厂与真实的生产环境1∶1对应，人在办公室就能看到生产现场的一举一动。在数字孪生的应用中，管理人员能够看到每一个车间的工作情况，通过搜索定位、“拖拉拽”等简单交互操作，就能定位到生产线的每一个细节。

此外，数字孪生也降低了工人看懂数据的门槛。“它不需要你有CAD的经验，也不需要有太多专业知识。”阿里云工业大脑数字孪生产品经理伍剑介绍。

除了实时性，“回放”也是数字孪生的重要功能。生产监管因此变得一目了然：借助数字孪生，工程师们可以快速追溯生产数据，甚至细化到当时螺丝的力矩，更容易分析故障的原因;在车辆交付给消费者后，“回放”仍然可以在售后服务中发挥作用。

为零售带来新的猜想

无论是在智慧城市，还是智能制造的应用上，数字孪生技术都已经显现出其强大的能量。在营销和零售方面，数字孪生技术也带来了新的猜想，未来很有可能掀起一股新的浪潮。

就以汽车销售来说，在传统的零售流程中，车企先将每一种车型通过4S店推到市场中销售，4S店在销售中接触到客户。这个顺序是从“货”到“场”，再到“人”。

如果将数字孪生技术引入其中，以上顺序将不再固定，而是可以随意打乱。车企先了解客户——“人”，通过数字孪生技术为其量身定制产品。客户可以在电商平台下单，工厂接单之后按客户的需求来制造，最后再通过不同的“场”将产品传送给消费者。这个顺序是从“人”到“货”，再到“场”，最后到“人”。

威马汽车便采取了这样的零售方式。尽管品牌目前只有一款车型——EX5，但客户可以根据自己的需求在威马电商平台配置出1000多款不同款式的车。等待3到6个星期，客户就可以获得自己定制的汽车。在威马汽车的销售过程中，客户的需求是放在第一位的。也正因如此，品牌获得相当多年轻人的青睐。

厂商关系也因此发生改变。传统的4S店承担经营和销售的职责。威马汽车虽设有综合店，但主要用于品牌的宣传和提供试驾等体验服务，不承担过多的销售功能，也没有销量的KPI考核。消费者直接通过线上商城购买，大大减少了经销商环节，也能将实惠更多地带给消费者。

在以用户为中心的理念下，企业可以通过数字孪生技术，满足每个消费者的需求，与消费者主动匹配实现自动化。