數字孿生技術：打造經濟的“數字底座”

宦菁

在以用戶為中心的理念下，企業可以通過數字孿生技術，滿足每個消費者的需求，與消費者主動匹配實現自動化。

VR眼鏡、3D建模、5G全連接工廠……在2021年中國國際服務貿易交易會的電信、計算機和信息服務專題板塊中，眾多科技新品紛紛亮相，令人目不暇接。這其中，影譜科技展臺中的數字化商品交互應用引起了不少觀展者的興趣。人們可以通過VR眼鏡“看”到智能影像采集終端所生成的商品3D模型。它不僅可以通過虛擬操作商品模型，實現商品的平移、旋轉、放大、縮小、變換顏色和交互，還能支持用戶從任何一個角度觀察、體驗產品，帶給使用者更加真實的感受。

這種神奇的數字化模擬就是數字孿生技術中的一環。數字孿生技術如今在產品設計、產品制造、工程建設等領域大放異彩，成為未來經濟發展的“數字底座”之一。

打開新世界

說起孿生，很多人的腦海中會立刻反應出“雙胞胎”“孿生兄弟”“孿生姐妹”之樣的詞語。通俗地說，數字孿生就是數字的雙胞胎。只不過數字孿生中的雙胞胎，并不是兩個完全一樣的個體，而是兩個系統。一個系統存在于現實的物理世界，一個系統存在于虛擬的計算機世界，并且通過智能技術，使得這個存在于虛擬世界中的系統也能以一種直觀的方式讓我們感知與觸碰。數字孿生就是利用信息技術，在計算機虛擬數字空間中重塑物理世界的真實運行狀態。

在數字技術沒有問世前，人們只能在圖紙上實現對未來產品或建筑的構想。對于可能出現的問題，大多是通過各種數據演算得出，無法直觀地了解。數字孿生技術的出現無疑為人類打開了一扇認知的大門。

今年5月18日，一場名為“昇騰萬里，數智江北”南京昇騰人工智能計算中心項目發布暨生態鏈項目簽約儀式在深圳舉行。這場簽約儀式是華為牽手南京江北新區，為江北新區打造“數字孿生第一城”賦能的里程碑事件。

早在2019年，江北新區就啟動了“策源地計劃”，并在“計劃”框架下發布《南京江北新區智慧城市2025規劃》，提出到2025年，江北新區率先建成“全國數字孿生第一城”。從此，江北新區的數字城市和物理城市同步規劃、同步建設。從地下建設開始，物理城市所有的建筑、道路、設施以及物件、事件都有相應的數字虛擬映像，從而實現從規劃、建設到管理的全要素、全過程的數字化。

如果說江北新區是利用數字孿生技術實現整個城區的數字化，那么杭州東站建設則通過這一技術實現了工程點上的優化。今年，車站建設利用數字孿生技術克隆出虛擬的杭州東站，不僅可以預測預判，實現三維可視化指揮，還可以在虛擬的杭州東站對各種創新實踐進行試錯，從而得知這種創新實踐在現實車站中是否可行。

對于城市的建設者而言，運用這一技術克隆出與物理世界相對應的虛擬世界，將大大減少試錯成本。在虛擬世界中，人們可以看到物理世界的角角落落，并且可以在虛擬世界中進行各種創新性嘗試與改革。人們可以提前直觀地了解到自己的構想運用在現實生活中是否可行。這樣不僅減少了試錯成本，還能夠在虛擬世界中不斷優化方案，直到獲得最優的結果并付諸物理世界的實踐。

“數字孿生工廠”顯身手

“只要打開電腦，就能‘一屏統管整個車間里的每臺機器、每個參數，還能實時查看所有生產流程。”在亞東（常州）科技有限公司（下文簡稱“亞東”）數據中心，公司總經理薛梁展示了“數字孿生工廠”的“云圖”。

作為常州的傳統紡織印染龍頭企業，成立于2011年的亞東一直在江蘇省紡織染色行業中名列前茅。人們熟知的優衣庫等品牌中的部分衣服面料便出自亞東。經過10年的發展，無論企業體量還是產量，亞東都有了長足提升。如何高效管理生產運行成了企業亟須解決的問題。

今年，在天寧區政府引入的海爾卡奧斯的助力下，亞東率先打造全國首家1：1虛擬還原的“數字孿生工廠”。“數字孿生工廠”，顧名思義，指通過數字化構建一個數字世界里一模一樣的實體工廠，實現對車間場景的實時了解、分析和優化。

“過去我們要靠腳力跑遍工廠的車間生產線，如今只需要盯著整個企業車間的‘云圖，就能實現‘一屏統管。”亞東首席信息官徐鑫介紹，“數字孿生工廠”并不是“無人工廠”。“數字孿生工廠”主要解決的是企業運行過程中的痛點。

“通過模擬運行調試，我們現在能夠有效破解傳統印染行業面臨的裝備智能化水平低、數據孤島化嚴重、維修成本高等痛點，工作效率提高了10%～15%。”徐鑫表示，解決了各種痛點后，在企業大數據平臺，通過收集企業各類數據，并進行整理和分析，能解決印染企業從原材料、加工、貿易等環節上各自為政造成的成本高、能耗高等問題，實現了從“代替人”到“協助人”的數字賦能，打造“高效率、高質量、高集成”的工業互聯網樣板工廠。

在長春，一汽紅旗最新的新能源工廠正在如火如荼地建設中。當它建成后，將成為一座聚合數字孿生技術、智能制造的“汽車數字工廠”。今年5月28日，在2021阿里云峰會上，阿里云與機械工業九院聯合發布“汽車數字工廠1.0”行業解決方案，數字孿生是這個方案中的重要部分。而“繁榮工廠”將會是首個采用這套方案的主機廠。

汽車制造是一種典型的離散制造：產品的生產過程通常被分解為很多零件，在不同的工廠甚至不同的企業里生產，生產過程更為復雜多變。而與之相對的則是流程制造，例如鋼鐵、水泥、服裝等工廠，用一條生產線就將原料制成成品。

把工廠搬到虛擬空間里，對于車間的管理人員或者工程人員來說，偌大工廠的管理和生產安排變得沒那么困難了。“繁榮工廠”占地面積78萬平方米，相當于105個足球場那么大。如果采用人工巡場的方式，人力資源成本高企不說，也無法實時兼顧到所有的生產線。數字孿生虛擬出來的工廠與真實的生產環境1∶1對應，人在辦公室就能看到生產現場的一舉一動。在數字孿生的應用中，管理人員能夠看到每一個車間的工作情況，通過搜索定位、“拖拉拽”等簡單交互操作，就能定位到生產線的每一個細節。

此外，數字孿生也降低了工人看懂數據的門檻。“它不需要你有CAD的經驗，也不需要有太多專業知識。”阿里云工業大腦數字孿生產品經理伍劍介紹。

除了實時性，“回放”也是數字孿生的重要功能。生產監管因此變得一目了然：借助數字孿生，工程師們可以快速追溯生產數據，甚至細化到當時螺絲的力矩，更容易分析故障的原因;在車輛交付給消費者后，“回放”仍然可以在售后服務中發揮作用。

為零售帶來新的猜想

無論是在智慧城市，還是智能制造的應用上，數字孿生技術都已經顯現出其強大的能量。在營銷和零售方面，數字孿生技術也帶來了新的猜想，未來很有可能掀起一股新的浪潮。

就以汽車銷售來說，在傳統的零售流程中，車企先將每一種車型通過4S店推到市場中銷售，4S店在銷售中接觸到客戶。這個順序是從“貨”到“場”，再到“人”。

如果將數字孿生技術引入其中，以上順序將不再固定，而是可以隨意打亂。車企先了解客戶——“人”，通過數字孿生技術為其量身定制產品。客戶可以在電商平臺下單，工廠接單之后按客戶的需求來制造，最后再通過不同的“場”將產品傳送給消費者。這個順序是從“人”到“貨”，再到“場”，最后到“人”。

威馬汽車便采取了這樣的零售方式。盡管品牌目前只有一款車型——EX5，但客戶可以根據自己的需求在威馬電商平臺配置出1000多款不同款式的車。等待3到6個星期，客戶就可以獲得自己定制的汽車。在威馬汽車的銷售過程中，客戶的需求是放在第一位的。也正因如此，品牌獲得相當多年輕人的青睞。

廠商關系也因此發生改變。傳統的4S店承擔經營和銷售的職責。威馬汽車雖設有綜合店，但主要用于品牌的宣傳和提供試駕等體驗服務，不承擔過多的銷售功能，也沒有銷量的KPI考核。消費者直接通過線上商城購買，大大減少了經銷商環節，也能將實惠更多地帶給消費者。

在以用戶為中心的理念下，企業可以通過數字孿生技術，滿足每個消費者的需求，與消費者主動匹配實現自動化。