新冠疫情爆发之初，资金短缺、供应链中断和劳动力短缺曾是制造业企业需面对的三项挑战。从长期来看，近年来宏观经济受到的下行压力需要一个恢复周期，制造业企业需要做好应对上述挑战的准备。
由此，数字化所带来的抗风险能力依然是现阶段制造业企业对抗冲击的核心竞争力。数字孪生的出现让制造业企业数字化转型变得更经济和直观，现阶段的数字孪生应用已足以证明其巨大的潜力。
为瞄定当前制造业企业数字化转型的新机遇，探究数字孪生赋能企业生产制造的潜力，物联网智库近日与施耐德电气副总裁、亚洲区数字工厂业务负责人张轶进行了深入沟通。
施耐德电气副总裁、亚洲区数字工厂业务负责人张轶
数字化转型是制造业企业必争之地
数字化转型由来已久，在经历长期基础设施建设后，制造业企业数字化转型的目标更为明确，需求更为迫切。整体来看，截至2022年12月，我国移动物联网连接数就已攀升至18.45亿户，这些前期数字化和智能制造的铺垫让制造业联网机器数量增多，并产生比以往更多的数据。这为企业数字化转型打造了坚实的基础，规模化的改造开启了企业对于“数字浪潮”的认知，也提高了企业数字化转型的意识。埃森哲2022年的调研数据显示，近六成企业表示未来1-2年将加大数字化投资力度，其中计划大幅增加(15%以上)的企业占比为33%，同比增加11%。
数据来源：《数字化转型，可持续的进化历程——2022埃森哲中国企业数字化转型指数》
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在张轶看来，上述长期铺垫也塑造了现阶段制造业呈现的三大趋势——更多机器人，部署更先进的伺服技术让制造过程更加柔性;更多数字化，即提升机器和生产线全生命周期的数字化程度，更高效地赋能生产运维;更多互联互通性，如借助边缘计算与云计算，进而实现数据分析、预测性维护和人工智能等应用。
谈及如何将制造业数字化转型的抗风险能力进行拆解，张轶认为：“数据仍是转型的驱动核心要素，提质降本增效仍是转型的根本目的，数字化、网络化和智能化依旧是重要抓手。”张轶观察到，伴随消费结构升级，制造业企业个性化、定制化需求激增，工厂生产模式逐步从单一品种、大批量的“刚性生产”转向多样化、小规模、周期可控的“柔性生产”。
“新秀”数字孪生潜力巨大
“若要重新审视当下制造业数字化改造面临的挑战，则会发现企业们仍在挣扎于预算、工期等问题，钱和时间永远是最根本的课题。”张轶提到。
调研数据显示，制造业自动化企业反映，约有75%的项目超出最初的预算;30%项目因延期，增加了额外的成本并减少了销售额;60%调试时间用于识别和消除控制软件、协议和集成的问题。
“对于企业存在的产品迭代和上市周期长、系统调试日趋复杂等顾虑，如果能将生产流程前置化模拟，则可以大幅度消除。这与如今正成为方案供应商新宠的‘数字孪生’不谋而合。” 这也是张轶看好数字孪生发展潜力的原因。
简单来讲，数字孪生可以帮助企业在信息化平台中建造一个与现实世界中物体、场景等完全一致的“克隆体”，在完成现实本体和“克隆体”的数据双向对接后，企业最终可以达到通过虚拟世界，认知、分析、管理和操控现实的目的。
由此，张轶表示：“数字孪生是连接物理实体和数字模型的最佳纽带。”在实际应用中，数字孪生可被用于产品生产制造的全生命周期。在正式生产之前，企业可以通过仿真模拟，在虚拟环境中验证生产线的排产、生产环节，加速产品优化;在产品正式投入使用后，企业也可通过工业互联网收集报错、产品更新等产品数据信息，进行针对性的、及时的闭环优化。
“这就体现出了数字孪生最为重要的优势，也是‘全生命周期’的本质——数字孪生在研发、生产、销售之后，依然会给予企业长线、闭环的反馈。”张轶总结道。
数字孪生价值贯穿产品全生命周期
数字化转型正步入新的阶段，张轶观察到数字孪生的需求正在涌现。如今，制造业企业具备足够强的转型自驱力，市面上也涌现了一批数字化转型方案供应商，助力降低企业数字化转型的门槛。可以说，市场环境和企业自驱二者相向而行，也促成了数字经济走深向实。
张轶以施耐德电气曾在2022年推出的数字孪生产品——EcoStruxure™机器专家数字孪生软件(EcoStruxure™ Machine Expert Twin)为例进行解读。该软件作为适用于整个机器生命周期的可扩展数字孪生软件套件，可用于创建真实机器的数字模型，以便在构建机器之前开始虚拟设计、虚拟调试和敏捷开发，从而实现机械、电气和控制工作分配的并行工程。
从组成来看，该软件包括集成了仿真和3D可视化的Visu、在有PLC控制器的环境下对机器进行仿真和控制功能测试的Builder以及允许访问完整的Machine Expert Twin套件和底层.net 框架的Developer，后期还会有支持在无PLC控制器环境下创建机器模拟功能的Designer。该软件支持各种复杂的应用，覆盖单一设备到完整产线，其营造的直观环境包含拖放式机电组件、虚拟现实/增强现实(VR/AR)界面和应用程序库，能够有效促进机器、电气和控制任务的并行开展。
在上述模块的支撑下，EcoStruxure机器专家数字孪生软件横跨从销售、概念原型、设计到制造和运营的设备全生命周期——
销售：通过将设计理念转化为有说服力的动态销售演示方案，该套件以可视化方式为客户呈现最终产品。此外，其展示的设计细节有助于客户改进和验证产品原型，降低风险和质量成本，并加快产品上市时间。预计可节省35%的上市时间与10-20%的质量成本;
设计制造：该软件覆盖从设计到机器、电气和控制全流程的数字化，支持虚拟测试策略和调试，可缩短工厂验收测试周期(FAT)。在提升软件质量的同时，加快试产扩量进程，并节约现场调试时间。经过测算，该方案可节省60%调试时间并提高软件质量;
运维：该软件基于机器维修、操作员培训及进一步的改进和升级，在机器全生命周期内为原始设备制造商提供新的收入来源。借助该套件，原始设备制造商(OEM)能够以虚拟方式改进和测试升级方案，减少机器停机时间。
张轶介绍，目前EcoStruxure机器专家数字孪生软件已经在物流，包装，装配等行业投入使用。某物流公司使用EcoStruxure机器专家数字孪生软件在项目前期快速构建物料搬运场景，如堆垛机，物料架，机器人等设备，验证整体设计的合理性，提早规避各个部件的干涉，大大缩短了前期项目规划设计的成本和风险;在电气设计阶段，该公司通过该软件的仿真功能进行虚拟调试，在部件采购的同时开展控制器和PLC的程序调试，将现场调试次数从预计的7次降低为实际的2次，减少PLC程序重复修改的时间;在项目调试中，该公司在系统中实时投射现场的物流情况，帮助客户及时发现和定位问题，缩短解决问题的时间;在项目交付后，该公司也能够随时无成本且灵活地验证项目升级的各种可能性，也能快速进行新员工的培训。
数字孪生是未来智能制造的趋势
张轶认为，数字孪生能让人们通过调控虚拟世界来指挥现实世界。最理想的状态下，未来工厂生产的任何一款产品都会现在数字孪生系统上模拟，通过不断调整参数、改变原料配比、改进生产方式及设计，最终在现实世界工厂中投入量产。
现如今，智能制造正在跨入新的阶段，企业对于数字化工具产生了更具实际应用价值的需求。这也对所有的方案供应商提出了全新的挑战，如何将制造业越来越丰富的应用场景和市场与更高的服务包容度、更低的使用门槛相结合，需要重新定义数字化工具。可以预见的是，数字孪生将会在未来的工业4.0时代大放异彩。
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